JP7841200B2 - Semiconductor memory element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は半導体メモリ素子及びその製造方法に関し、より詳細にはSRAMセルを含む半導体メモリ素子及びその製造方法に関する。 This invention relates to a semiconductor memory element and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor memory element including an SRAM cell and a method for manufacturing the same.
小型化、多機能化、及び/又は低い製造単価等の特性によって半導体素子は電子産業で重要な要素として脚光を浴びている。半導体素子は論理データを格納する半導体記憶素子、論理データを演算処理する半導体論理素子、及び記憶要素と論理要素を含むハイブリッド(hybrid)半導体素子等に区分することができる。電子産業が高度に発展するに連れ、半導体素子の特性に対する要求がますます増加している。例えば、半導体素子に対する高信頼性、高速化、及び/又は多機能化等に対して要求がますます増加している。このような要求特性を充足させるために半導体素子内構造はますます複雑になり、また、半導体素子はますます高集積化されている。 Due to characteristics such as miniaturization, multi-functionality, and/or low manufacturing cost, semiconductor devices are attracting attention as a crucial element in the electronics industry. Semiconductor devices can be classified into semiconductor memory devices for storing logical data, semiconductor logic devices for processing logical data, and hybrid semiconductor devices containing both memory and logic elements. As the electronics industry develops, the demands on the characteristics of semiconductor devices are increasing. For example, there is a growing demand for high reliability, high speed, and/or multi-functionality in semiconductor devices. To satisfy these demands, the internal structure of semiconductor devices is becoming increasingly complex, and semiconductor devices are becoming increasingly highly integrated.
本発明が解決しようとする課題は電気的特性が向上した半導体メモリ素子を提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide a semiconductor memory element with improved electrical characteristics.
本発明が解決しようとする他の課題は電気的特性が向上した半導体メモリ素子の製造方法を提供することにある。 Another problem that this invention aims to solve is to provide a method for manufacturing semiconductor memory elements with improved electrical characteristics.
本発明の概念にしたがう半導体メモリ素子は、基板の上の活性パターンであって、その上部にソース/ドレーンパターンを含む活性パターンと、前記活性パターン上に提供されて第1方向に延長されるゲート電極であって、前記ゲート電極と前記ソース/ドレーンパターンは前記第1方向と交差する第2方向に互いに隣接する、ゲート電極と、前記ソース/ドレーンパターン及び前記ゲート電極に接続してこれらを互いに電気的に連結する共有コンタクトと、を含むことができる。前記共有コンタクトは、前記ソース/ドレーンパターンに電気的に連結される活性コンタクト及び前記ゲート電極に電気的に連結されるゲートコンタクトを含み、前記ゲートコンタクトは、前記ゲート電極に接続する本体部、及び前記本体部から前記第2方向に突出した突出部を含み、前記突出部は前記活性コンタクトの内部に延長されて前記活性コンタクト内に埋め込まれることができる。 A semiconductor memory element according to the concept of the present invention may include: an active pattern on a substrate, the active pattern including a source/drain pattern on its upper surface; a gate electrode provided on the active pattern and extending in a first direction, wherein the gate electrode and the source/drain pattern are adjacent to each other in a second direction intersecting the first direction; and a shared contact connected to the source/drain pattern and the gate electrode, electrically connecting them to each other. The shared contact includes an active contact electrically connected to the source/drain pattern and a gate contact electrically connected to the gate electrode, the gate contact including a body connected to the gate electrode and a projection extending from the body in the second direction, the projection extending into the active contact and being embedded within the active contact.
本発明の他の概念にしたがう半導体メモリ素子は、基板の上のSRAMセルを含むことができる。前記SRAMセルは、第1プルアップ/ダウントランジスタ及び第2プルアップ/ダウントランジスタ、及び前記第1プルアップ/ダウントランジスタの第1共通ソース/ドレーンと前記第2プルアップ/ダウントランジスタの第1共通ゲートを連結する第1ノードを含むことができる。前記第1ノードは、前記第1共通ソース/ドレーン及び前記第1共通ゲートに接続してこれらを互いに電気的に連結する第1共有コンタクトを含み、前記第1共有コンタクトは、前記第1共通ソース/ドレーンに電気的に連結される活性コンタクト及び前記第1共通ゲートに電気的に連結されるゲートコンタクトを含み、前記ゲートコンタクトは、前記第1共通ゲートに接続する本体部、及び前記本体部から前記活性コンタクトに向けて突出した突出部を含み、前記本体部の上面は前記活性コンタクトの上面と共面をなし、前記突出部は前記活性コンタクトと重畳され、前記本体部は前記活性コンタクトから水平方向にオフセットされることができる。 A semiconductor memory element according to other concepts of the present invention may include an SRAM cell on a substrate. The SRAM cell may include a first pull-up/down transistor and a second pull-up/down transistor, and a first node connecting a first common source/drain of the first pull-up/down transistor and a first common gate of the second pull-up/down transistor. The first node includes a first shared contact connected to the first common source/drain and the first common gate, electrically connecting them to each other. The first shared contact includes an active contact electrically connected to the first common source/drain and a gate contact electrically connected to the first common gate. The gate contact includes a body connected to the first common gate and a projection extending from the body toward the active contact. The upper surface of the body is coplane with the upper surface of the active contact, the projection overlaps with the active contact, and the body may be horizontally offset from the active contact.
本発明のその他の概念にしたがう半導体メモリ素子は、ビットセル領域を含む基板、前記ビットセル領域上の第1活性パターン及び第2活性パターンであって、前記第1活性パターンは前記第2活性パターンから第1方向に離隔され、前記第1活性パターンはその上部に第1ソース/ドレーンパターンを含み、前記第2活性パターンはその上部に第2ソース/ドレーンパターンを含む、第1活性パターン及び第2活性パターン、前記基板上に提供されて前記第1及び第2活性パターンの各々の下部の側壁を覆う素子分離膜であって、前記第1及び第2活性パターンの各々の上部は前記素子分離膜上に突出される、素子分離膜、前記第1活性パターン上に提供されて前記第1方向に延長されるゲート電極であって、前記ゲート電極と前記第1ソース/ドレーンパターンは前記第2方向に互いに隣接する、ゲート電極、前記ゲート電極と前記第1活性パターンとの間のゲート絶縁膜、前記ゲート電極の少なくとも1つの側壁上のゲートスペーサー、前記ゲート電極上のゲートキャッピングパターン、前記ゲートキャッピングパターン上の層間絶縁膜、前記層間絶縁膜を貫通して前記第1及び第2ソース/ドレーンパターンに接続する活性コンタクトであって、前記活性コンタクトは前記第1方向に延長されながら、前記第1及び第2ソース/ドレーンパターンは互いに連結する、活性コンタクト、各々の前記第1及び第2ソース/ドレーンパターンと前記活性コンタクトとの間のシリサイドパターン、前記ゲートキャッピングパターンを貫通して前記ゲート電極に接続するゲートコンタクト、及び前記層間絶縁膜上に順次的に積層された第1配線層、第2配線層及び第3配線層を含むことができる。前記ゲートコンタクトは、前記ゲート電極に接続する本体部、及び前記本体部から前記第2方向に突出した突出部を含み、前記突出部は前記活性コンタクトの内部に延長されて前記活性コンタクト内に埋め込まれることができる。 A semiconductor memory element according to other concepts of the present invention includes a substrate including a bit cell region, a first active pattern and a second active pattern on the bit cell region, wherein the first active pattern is separated from the second active pattern in a first direction, the first active pattern includes a first source/drain pattern on its upper part, and the second active pattern includes a second source/drain pattern on its upper part, an element isolation film provided on the substrate and covering the lower side walls of each of the first and second active patterns, wherein the upper parts of each of the first and second active patterns protrude onto the element isolation film, a gate electrode provided on the first active pattern and extending in a first direction, wherein the gate electrode and the first source/drain pattern are adjacent to each other in a second direction The present invention may include a gate electrode, a gate insulating film between the gate electrode and the first active pattern, a gate spacer on at least one sidewall of the gate electrode, a gate capping pattern on the gate electrode, an interlayer insulating film on the gate capping pattern, an active contact penetrating the interlayer insulating film and connecting to the first and second source/drain patterns, wherein the active contact extends in the first direction while the first and second source/drain patterns are connected to each other, a silicide pattern between each of the first and second source/drain patterns and the active contact, a gate contact penetrating the gate capping pattern and connecting to the gate electrode, and first, second, and third wiring layers sequentially laminated on the interlayer insulating film. The gate contact includes a body portion connected to the gate electrode and a projection protruding from the body portion in the second direction, the projection being extended into the active contact and embedded within the active contact.
本発明のその他の概念にしたがう半導体メモリ素子の製造方法は、基板上に活性パターンを形成すること、前記活性パターン上に第1方向に延長されるゲート電極を形成すること、前記活性パターン上部にソース/ドレーンパターンを形成することであって、前記ゲート電極と前記ソース/ドレーンパターンは前記第1方向と交差する第2方向に互いに隣接する、形成すること、前記ソース/ドレーンパターンに接続する活性コンタクトを形成すること、前記活性コンタクト及び前記ゲート電極に接続するゲートコンタクトを形成することであって、前記ゲートコンタクトの少なくとも一部は前記活性コンタクトと垂直方向に重畳する、形成すること、前記活性コンタクトの上面が露出される時まで平坦化工程を遂行することを含むことができる。前記活性コンタクトと前記ゲートコンタクトは互いに連結されて1つの共有コンタクトを構成することができる。 A method for manufacturing a semiconductor memory element according to other concepts of the present invention may include forming an active pattern on a substrate, forming a gate electrode extending in a first direction on the active pattern, forming a source/drain pattern on the upper part of the active pattern such that the gate electrode and the source/drain pattern are adjacent to each other in a second direction intersecting the first direction, forming an active contact connected to the source/drain pattern, forming a gate contact connected to the active contact and the gate electrode such that at least a portion of the gate contact is superimposed perpendicularly to the active contact, and performing a planarization step until the upper surface of the active contact is exposed. The active contact and the gate contact can be connected to each other to form a single shared contact.
本発明によれば、SRAMセルの第1ノード及び第2ノードの各々は、活性コンタクトとゲートコンタクトで構成された共有コンタクトを含むことができる。ゲートコンタクトは活性コンタクトに向けて突出した突出部を含むことによって、共有コンタクトの電気抵抗を減少させ、ゲートコンタクトと活性コンタクトとの間の誤整列を防ぐことがきる。結果的に、本発明に係る半導体メモリ素子の信頼度及び電気的特性を向上させることができる。 According to the present invention, each of the first and second nodes of an SRAM cell may include a shared contact composed of an active contact and a gate contact. By including a projection extending toward the active contact, the electrical resistance of the shared contact can be reduced, preventing misalignment between the gate contact and the active contact. As a result, the reliability and electrical characteristics of the semiconductor memory element according to the present invention can be improved.
図1は本発明の実施形態に係るSRAMセルの等価回路図である。 Figure 1 is an equivalent circuit diagram of an SRAM cell according to an embodiment of the present invention.
図1を参照すれば、本発明の実施形態に係るSRAMセルは第1プルアップトランジスタTU1、第1プルダウントランジスタTD1、第2プルアップトランジスタTU2、第2プルダウントランジスタTD2、第1パス-ゲートトランジスタTA1、及び第2パス-ゲートトランジスタTA2を含むことができる。第1及び第2プルアップトランジスタTU1、TU2はPMOSトランジスタであり得る。第1及び第2プルダウントランジスタTD1、TD2及び第1及び第2パス-ゲートトランジスタTA1、TA2はNMOSトランジスタであり得る。 Referring to Figure 1, an SRAM cell according to an embodiment of the present invention may include a first pull-up transistor TU1, a first pull-down transistor TD1, a second pull-up transistor TU2, a second pull-down transistor TD2, a first pass-gate transistor TA1, and a second pass-gate transistor TA2. The first and second pull-up transistors TU1 and TU2 may be PMOS transistors. The first and second pull-down transistors TD1 and TD2 and the first and second pass-gate transistors TA1 and TA2 may be NMOS transistors.
第1プルアップトランジスタTU1の第1ソース/ドレーン及び第1プルダウントランジスタTD1の第1ソース/ドレーンは第1ノードN1に連結することができる。第1プルアップトランジスタTU1の第2ソース/ドレーンは電源ラインVDDに連結することができ、第1プルダウントランジスタTD1の第2ソース/ドレーンは接地ラインVSSに連結することができる。第1プルアップトランジスタTU1のゲート及び第1プルダウントランジスタTD1のゲートは互いに電気的に連結することができる。第1プルアップトランジスタTU1及び第1プルダウントランジスタTD1は第1インバータを構成することができる。第1プルアップ及び第1プルダウントランジスタTU1、TD1の互いに連結されたゲートは前記第1インバータ入力端に該当することができ、第1ノードN1は前記第1インバータ出力端に該当することができる。 The first source/drain of the first pull-up transistor TU1 and the first source/drain of the first pull-down transistor TD1 can be connected to the first node N1. The second source/drain of the first pull-up transistor TU1 can be connected to the power line VDD, and the second source/drain of the first pull-down transistor TD1 can be connected to the ground line VSS. The gates of the first pull-up transistor TU1 and the first pull-down transistor TD1 can be electrically connected to each other. The first pull-up transistor TU1 and the first pull-down transistor TD1 can constitute a first inverter. The connected gates of the first pull-up and first pull-down transistors TU1 and TD1 can correspond to the input terminal of the first inverter, and the first node N1 can correspond to the output terminal of the first inverter.
第2プルアップトランジスタTU2の第1ソース/ドレーン及び第2プルダウントランジスタTD2の第1ソース/ドレーンは第2ノードN2に連結することができる。第2プルアップトランジスタTU2の第2ソース/ドレーンは電源ラインVDDに連結することができ、第2プルダウントランジスタTD2の第2ソース/ドレーンは接地ラインVSSに連結することができる。第2プルアップトランジスタTU2のゲート及び第2プルダウントランジスタTD2のゲートは互いに電気的に連結することができる。したがって、第2プルアップトランジスタTU2及び第2プルダウントランジスタTD2は第2インバータを構成することができる。第2プルアップ及び第2プルダウントランジスタTU2、TD2の互いに連結されたゲートは前記第2インバータ入力端に該当することができ、第2ノードN2は前記第2インバータ出力端に該当することができる。 The first source/drain of the second pull-up transistor TU2 and the first source/drain of the second pull-down transistor TD2 can be connected to the second node N2. The second source/drain of the second pull-up transistor TU2 can be connected to the power line VDD, and the second source/drain of the second pull-down transistor TD2 can be connected to the ground line VSS. The gates of the second pull-up transistor TU2 and the second pull-down transistor TD2 can be electrically connected to each other. Therefore, the second pull-up transistor TU2 and the second pull-down transistor TD2 can constitute a second inverter. The interconnected gates of the second pull-up and second pull-down transistors TU2 and TD2 can correspond to the input terminal of the second inverter, and the second node N2 can correspond to the output terminal of the second inverter.
前記第1及び第2インバータを結合してラッチ構造(latch structure)を構成することができる。即ち、第1プルアップ及び第1プルダウントランジスタTU1、TD1のゲートが第2ノードN2に電気的に連結することができ、第2プルアップ及び第2プルダウントランジスタTU2、TD2のゲートが第1ノードN1に電気的に連結することができる。第1パス-ゲートトランジスタTA1の第1ソース/ドレーンは第1ノードN1に連結することができ、第1パス-ゲートトランジスタTA1の第2ソース/ドレーンは第1ビットラインBL1に連結することができる。第2パス-ゲートトランジスタTA2の第1ソース/ドレーンは第2ノードN2に連結することができ、第2パス-ゲートトランジスタTA2の第2ソース/ドレーンは第2ビットラインBL2に連結することができる。第1及び第2パス-ゲートトランジスタTA1、TA2のゲートはワードラインWLに電気的に接続することができる。したがって、本発明の実施形態に係るSRAMセルを具現化することができる。 The first and second inverters can be coupled to form a latch structure. Specifically, the gates of the first pull-up and first pull-down transistors TU1 and TD1 can be electrically connected to the second node N2, and the gates of the second pull-up and second pull-down transistors TU2 and TD2 can be electrically connected to the first node N1. The first source/drain of the first pass-gate transistor TA1 can be connected to the first node N1, and the second source/drain of the first pass-gate transistor TA1 can be connected to the first bit line BL1. The first source/drain of the second pass-gate transistor TA2 can be connected to the second node N2, and the second source/drain of the second pass-gate transistor TA2 can be connected to the second bit line BL2. The gates of the first and second pass-gate transistors TA1 and TA2 can be electrically connected to the word line WL. Therefore, an SRAM cell according to an embodiment of the present invention can be realized.
図2は本発明の実施形態に係る半導体メモリ素子の配線層を示した斜視図である。図3は図2のメモリセルを示した平面図である。 Figure 2 is a perspective view showing the wiring layer of a semiconductor memory element according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is a plan view showing the memory cell of Figure 2.
図2及び図3を参照すれば、基板100上にメモリセルCEを提供することができる。図3を参照すれば、メモリセルCEは2X2に配列された第1乃至第4ビットセルCE1-CE4を含むことができる。各々の第1乃至第4ビットセルCE1-CE4は、先に図1を参照して説明したSRAMセルであり得る。代表的に、第1ビットセルCE1に関する具体的な構造は図4及び図5A乃至図5Eを参照して後述する。第2乃至第4ビットセルCE2、CE3、CE4の各々は、第1ビットセルCE1と対称構造を有することができる。 Referring to Figures 2 and 3, a memory cell CE can be provided on the substrate 100. Referring to Figure 3, the memory cell CE may include first to fourth bit cells CE1-CE4 arranged in a 2x2 configuration. Each of the first to fourth bit cells CE1-CE4 may be an SRAM cell, as previously described with reference to Figure 1. A typical example of the specific structure of the first bit cell CE1 will be described later with reference to Figures 4 and 5A to 5E. Each of the second to fourth bit cells CE2, CE3, and CE4 may have a symmetrical structure with respect to the first bit cell CE1.
メモリセルCE上に第1配線層M1、第2配線層M2、及び第3配線層M3を提供することができる。第1乃至第3配線層M1、M2、M3は順次的に積層することができる。第1乃至第3配線層M1、M2、M3は導電性金属窒化物(例えば、チタニウム窒化物又はタンタルニウム窒化物)及び金属物質(例えば、チタニウム、タンタルニウム、タングステン、銅、又はアルミニウム)の中で少なくとも1つを含むことができる。 A first wiring layer M1, a second wiring layer M2, and a third wiring layer M3 can be provided on a memory cell CE. The first to third wiring layers M1, M2, and M3 can be stacked sequentially. The first to third wiring layers M1, M2, and M3 may include at least one of a conductive metal nitride (e.g., titanium nitride or tantalumium nitride) and a metallic substance (e.g., titanium, tantalum, tungsten, copper, or aluminum).
第1配線層M1は第2方向D2に延長される第1ビットラインBL1、第2ビットラインBL2、及び電源ラインVDDを含むことができる。電源ラインVDDは第1ビットラインBL1と第2ビットラインBL2との間に介在することができる。平面視において、第1ビットラインBL1、第2ビットラインBL2、及び電源ラインVDDはライン形状を有することができる。電源ラインVDDの第1の方向D1への幅は、第1及び第2ビットラインBL1、BL2の各々の第1の方向D1への幅より大きくすることができる。 The first wiring layer M1 may include a first bit line BL1, a second bit line BL2, and a power line VDD extending in the second direction D2. The power line VDD may be interposed between the first bit line BL1 and the second bit line BL2. In a plan view, the first bit line BL1, the second bit line BL2, and the power line VDD may have a line shape. The width of the power line VDD in the first direction D1 may be greater than the width of the first and second bit lines BL1 and BL2 in the first direction D1, respectively.
第1配線層M1は、第1及び第2ビットラインBL1、BL2に隣接する第1下部ランディングパッドLLP1及び第2下部ランディングパッドLLP2をさらに含むことができる。第1及び第2下部ランディングパッドLLP1、LLP2は第2方向D2に沿って配列することができる。平面視において、第1及び第2下部ランディングパッドLLP1、LLP2は島形状(island shape)を有することができる。 The first wiring layer M1 may further include a first lower landing pad LLP1 and a second lower landing pad LLP2 adjacent to the first and second bit lines BL1 and BL2. The first and second lower landing pads LLP1 and LLP2 may be arranged along a second direction D2. In plan view, the first and second lower landing pads LLP1 and LLP2 may have an island shape.
第1配線層M1は、第1ビットラインBL1、第2ビットラインBL2、電源ラインVDD、第1下部ランディングパッドLLP1、及び第2下部ランディングパッドLLP2の下に各々提供された第1ビアをさらに含むことができる。第1ビアを通じて、メモリセルCEと第1配線層M1を電気的に連結することができる。 The first wiring layer M1 may further include first vias provided beneath the first bit line BL1, the second bit line BL2, the power line VDD, the first lower landing pad LLP1, and the second lower landing pad LLP2, respectively. The memory cell CE and the first wiring layer M1 can be electrically connected through the first vias.
第2配線層M2は接地ラインVSS及び上部ランディングパッドULPを含むことができる。接地ラインVSSはメッシュ形状の導電構造体であり得る。接地ラインVSSは少なくとも1つの第1開口部OP1を有することができる。具体的に、接地ラインVSSは第2方向D2に延長される第1部分P1及び第1の方向D1に延長される第2部分P2を含むことができる。第1部分P1の幅は第2部分P2の幅より大きくすることができる。互いに隣接する一対の第1部分P1及び互いに隣接する一対の第2部分P2によって第1開口部OP1を定義することができる。 The second wiring layer M2 may include a grounding line VSS and an upper landing pad ULP. The grounding line VSS may be a mesh-shaped conductive structure. The grounding line VSS may have at least one first opening OP1. Specifically, the grounding line VSS may include a first portion P1 extending in a second direction D2 and a second portion P2 extending in the first direction D1. The width of the first portion P1 may be greater than the width of the second portion P2. The first opening OP1 can be defined by a pair of adjacent first portions P1 and a pair of adjacent second portions P2.
第1開口部OP1内に一対の上部ランディングパッドULPを配置することができる。第1開口部OP1内の一対の上部ランディングパッドULPは第2方向D2に配列することができる。平面視において、上部ランディングパッドULPは島形状(island shape)を有することができる。 A pair of upper landing pads (ULPs) can be positioned within the first opening OP1. The pair of upper landing pads (ULPs) within the first opening OP1 can be arranged in the second direction D2. In plan view, the upper landing pads (ULPs) may have an island shape.
接地ラインVSSの第2部分P2は第1下部ランディングパッドLLP1と各々垂直方向に重畳することができる。上部ランディングパッドULPは第2下部ランディングパッドLLP2と各々垂直方向に重畳することができる。 The second portion P2 of the landing line VSS can be superimposed vertically on the first lower landing pad LLP1. The upper landing pad ULP can be superimposed vertically on the second lower landing pad LLP2.
第2配線層M2は、接地ラインVSS、及び上部ランディングパッドULP下に各々提供された第2ビアVI2をさらに含むことができる。接地ラインVSSが第2ビアVI2を通じて第1配線層M1の第1下部ランディングパッドLLP1と電気的に連結することができる。接地ラインVSS下に第2ビアVI2が複数に提供されるので、複数の第1下部ランディングパッドLLP1が1つの接地ラインVSSに共通に連結することができる。上部ランディングパッドULPが第2ビアVI2を通じて第1配線層M1の第2下部ランディングパッドLLP2と電気的に連結することができる。 The second wiring layer M2 may further include a second via VI2 provided beneath the grounding line VSS and the upper landing pad ULP, respectively. The grounding line VSS can be electrically connected to the first lower landing pad LLP1 of the first wiring layer M1 through the second via VI2. Since multiple second vias VI2 are provided beneath the grounding line VSS, multiple first lower landing pads LLP1 can be commonly connected to a single grounding line VSS. The upper landing pad ULP can be electrically connected to the second lower landing pad LLP2 of the first wiring layer M1 through the second via VI2.
本発明の実施形態によれば、第2配線層M2は接地ラインVSS、上部ランディングパッドULP、及び第2ビアVI2のみで構成することができる。再び言えば、第2配線層M2は接地ラインVSSを除いた他のライン(例えば、ビットライン、電源ライン、及びワードライン)を含まなくてもよい。 According to embodiments of the present invention, the second wiring layer M2 may consist only of the ground line VSS, the upper landing pad ULP, and the second via VI2. In other words, the second wiring layer M2 may not include any other lines (e.g., bit lines, power lines, and word lines) except for the ground line VSS.
第3配線層M3は第1の方向D1に延長されるワードラインWLを含むことができる。ワードラインWLは第2方向D2に配列することができる。平面視において、ワードラインWLはライン形状を有することができる。 The third wiring layer M3 may include word lines WL extending in the first direction D1. The word lines WL may be arranged in the second direction D2. In a plan view, the word lines WL may have a line shape.
第3配線層M3は、ワードラインWL下に提供された第3ビアVI3をさらに含むことができる。ワードラインWLが第3ビアVI3を通じて第2配線層M2の上部ランディングパッドULPと電気的に連結することができる。再び言えば、ワードラインWLが第3ビアVI3、上部ランディングパッドULP、及び第2ビアVI2を通じて第1配線層M1の第2下部ランディングパッドLLP2と電気的に連結することができる。 The third wiring layer M3 may further include a third via VI3 provided beneath the word line WL. The word line WL can be electrically connected to the upper landing pad ULP of the second wiring layer M2 through the third via VI3. Again, the word line WL can be electrically connected to the second lower landing pad LLP2 of the first wiring layer M1 through the third via VI3, the upper landing pad ULP, and the second via VI2.
本発明の実施形態によれば、第3配線層M3はワードラインWL及び第3ビアVI3のみで構成することができる。再び言えば、第3配線層M3はワードラインWLを除いた他のライン(例えば、ビットライン、電源ライン、及び接地ライン)を含まなくてもよい。 According to embodiments of the present invention, the third wiring layer M3 can consist only of a word line WL and a third via VI3. In other words, the third wiring layer M3 does not need to include other lines (e.g., bit lines, power lines, and ground lines) other than the word line WL.
図4は本発明の実施形態に係る半導体メモリ素子を説明するための平面図である。図5A乃至図5Eは各々図4のA-A’線、B-B’線、C-C’線、D-D’線、及びE-E’線に沿う断面図である。図6Aは図5BのM領域を拡大した断面図である。図6Bは図6Aの第1共有コンタクトを簡略に示した斜視図である。図4は図3の第1ビットセル及び第2ビットセルの平面図であって、図1の回路図にしたがうSRAMセルを示したものである。 Figure 4 is a plan view illustrating a semiconductor memory element according to an embodiment of the present invention. Figures 5A to 5E are cross-sectional views along lines A-A', B-B', C-C', D-D', and E-E' in Figure 4, respectively. Figure 6A is an enlarged cross-sectional view of region M in Figure 5B. Figure 6B is a simplified perspective view showing the first shared contact in Figure 6A. Figure 4 is a plan view of the first and second bit cells of Figure 3, showing an SRAM cell according to the circuit diagram in Figure 1.
図1、図3、図4、及び図5A乃至図5Eを参照すれば、基板100上の第1ビットセルCE1及び第2ビットセルCE2の各々は図1のSRAMセルを含むことができる。第2ビットセルCE2は第1ビットセルCE1と第2方向D2に隣接するように配置することができる。第1及び第2ビットセルCE1、CE2上に第1及び第2活性パターンAP1、AP2、ゲート電極GE、活性コンタクトAC、及びゲートコンタクトGCを提供することができる。以下、第1ビットセルCE1を代表的に詳細に説明する。 Referring to Figures 1, 3, 4, and 5A to 5E, each of the first bit cell CE1 and the second bit cell CE2 on the substrate 100 can include the SRAM cell shown in Figure 1. The second bit cell CE2 can be arranged adjacent to the first bit cell CE1 in the second direction D2. First and second active patterns AP1 and AP2, a gate electrode GE, an active contact AC, and a gate contact GC can be provided on the first and second bit cells CE1 and CE2. The first bit cell CE1 will be described in detail below as a representative example.
基板100上に素子分離膜STを提供することができる。素子分離膜STは第1及び第2活性パターンAP1、AP2を定義することができる。基板100はシリコン、ゲルマニウム、シリコン-ゲルマニウム等を含む半導体基板であるか、或いは化合物半導体基板であり得る。素子分離膜STはシリコン酸化膜のような絶縁材料を含むことができる。 An element isolation film ST can be provided on the substrate 100. The element isolation film ST can define first and second active patterns AP1 and AP2. The substrate 100 may be a semiconductor substrate containing silicon, germanium, silicon-germanium, etc., or a compound semiconductor substrate. The element isolation film ST may include an insulating material such as a silicon oxide film.
第1及び第2活性パターンAP1、AP2は基板100の一部であり得る。互いに隣接する第1及び第2活性パターンAP1、AP2の間にトレンチTRを定義することができる。素子分離膜STはトレンチTRを満たすことができる。第1及び第2活性パターンAP1、AP2の上部は素子分離膜STに比べて垂直方向に突出することができる。第1及び第2活性パターンAP1、AP2の上部の各々は素子分離膜ST上に垂直方向に突出したフィン(fin)形状を有することができる。再び言えば、第1及び第2活性パターンAP1、AP2の各々は活性フィンであり得る。 The first and second active patterns AP1 and AP2 may be parts of the substrate 100. A trench TR can be defined between adjacent first and second active patterns AP1 and AP2. The element isolation film ST may fill the trench TR. The upper parts of the first and second active patterns AP1 and AP2 may protrude vertically relative to the element isolation film ST. Each of the upper parts of the first and second active patterns AP1 and AP2 may have a fin shape that protrudes vertically onto the element isolation film ST. In other words, each of the first and second active patterns AP1 and AP2 may be an active fin.
本実施形態によれば、第1ビットセルCE1は一対の第1活性パターンAP1及び二対の第2活性パターンAP2を含むことができる。二対の第2活性パターンAP2の中で一対は、第1パス-ゲートトランジスタTA1のボディー及び第1プルダウントランジスタTD1のボディーを構成することができる。二対の第2活性パターンAP2の中で残りの一対は、第2パス-ゲートトランジスタTA2のボディー及び第2プルダウントランジスタTD2のボディーを構成することができる。一対の第1活性パターンAP1の中で1つは、第1プルアップトランジスタTU1のボディーを構成することができる。一対の第1活性パターンAP1の中で他の1つは、第2プルアップトランジスタTU2のボディーを構成することができる。互いに隣接する一対の第1活性パターンAP1の間の間隔は、互いに隣接する一対の第2活性パターンAP2の間の間隔より大きくすることができる。 According to this embodiment, the first bit cell CE1 can include a pair of first activation patterns AP1 and two pairs of second activation patterns AP2. One pair of the two pairs of second activation patterns AP2 can constitute the body of the first pass-gate transistor TA1 and the body of the first pull-down transistor TD1. The remaining pair of the two pairs of second activation patterns AP2 can constitute the body of the second pass-gate transistor TA2 and the body of the second pull-down transistor TD2. One of the pair of first activation patterns AP1 can constitute the body of the first pull-up transistor TU1. The other of the pair of first activation patterns AP1 can constitute the body of the second pull-up transistor TU2. The spacing between adjacent pairs of first activation patterns AP1 can be greater than the spacing between adjacent pairs of second activation patterns AP2.
本発明の他の実施形態によれば、二対の第2活性パターンAP2の代わりに2つの第2活性パターンAP2を提供することができる。再び言えば、互いに隣接する一対の第2活性パターンAP2が併合されて、1つの第2活性パターンAP2として提供することができる。 According to another embodiment of the present invention, two second active patterns AP2 can be provided instead of two pairs of second active patterns AP2. In other words, a pair of adjacent second active patterns AP2 can be merged to provide a single second active pattern AP2.
第1活性パターンAP1の上部に第1チャンネルパターンCH1及び第1ソース/ドレーンパターンSD1を提供することができる。第2活性パターンAP2の上部に第2チャンネルパターンCH2及び第2ソース/ドレーンパターンSD2を提供することができる。第1ソース/ドレーンパターンSD1はp型の不純物領域であり得る。第2ソース/ドレーンパターンSD2はn型の不純物領域であり得る。第1チャンネルパターンCH1の各々は一対の第1ソース/ドレーンパターンSD1の間に介在することができ、第2チャンネルパターンCH2の各々は一対の第2ソース/ドレーンパターンSD2の間に介在することができる。 A first channel pattern CH1 and a first source/drain pattern SD1 can be provided on top of the first active pattern AP1. A second channel pattern CH2 and a second source/drain pattern SD2 can be provided on top of the second active pattern AP2. The first source/drain pattern SD1 may be a p-type impurity region. The second source/drain pattern SD2 may be an n-type impurity region. Each of the first channel patterns CH1 can be interposed between a pair of first source/drain patterns SD1, and each of the second channel patterns CH2 can be interposed between a pair of second source/drain patterns SD2.
第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2は選択的エピタキシャル成長工程で形成されたエピタキシャルパターンであり得る。第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2の上面は第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2の上面より高いレベルに位置することができる。第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2は基板100と同一であるか、或いは他の半導体元素を含むことができる。一例として、第1ソース/ドレーンパターンSD1は基板100の半導体元素の格子定数より大きい格子定数を有する半導体元素を含むことができる。したがって、第1ソース/ドレーンパターンSD1は第1チャンネルパターンCH1に圧縮応力(compressive stress)を与えることができる。一例として、第2ソース/ドレーンパターンSD2は基板100の半導体元素と同一な半導体元素を含むことができる。 The first and second source/drain patterns SD1 and SD2 may be epitaxial patterns formed by a selective epitaxial growth process. The upper surfaces of the first and second source/drain patterns SD1 and SD2 may be located at a higher level than the upper surfaces of the first and second channel patterns CH1 and CH2. The first and second source/drain patterns SD1 and SD2 may be identical to the substrate 100 or may contain other semiconductor elements. For example, the first source/drain pattern SD1 may contain a semiconductor element having a lattice constant greater than that of the semiconductor element in the substrate 100. Therefore, the first source/drain pattern SD1 can impart compressive stress to the first channel pattern CH1. For example, the second source/drain pattern SD2 may contain the same semiconductor element as the semiconductor element in the substrate 100.
互いに隣接する一対の第2活性パターンAP2上の第2ソース/ドレーンパターンSD2は互いに併合されて、1つの第2ソース/ドレーンパターンSD2を構成することができる。これは、一対の第2活性パターンAP2の間の間隔が相対的に小さいためである(図5C参照)。 Two adjacent second source/drain patterns SD2 on two second active patterns AP2 can merge to form a single second source/drain pattern SD2. This is because the distance between the pair of second active patterns AP2 is relatively small (see Figure 5C).
ゲート電極GEは、第1ビットセルCE1上の第1乃至第4ゲート電極GE1-GE4を含むことができる。第1乃至第4ゲート電極GE1-GE4は、第1及び第2活性パターンAP1、AP2を横切り、第1の方向D1に延長することができる。第1乃至第4ゲート電極GE1-GE4は第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2と垂直方向に重畳することができる。第1ゲート電極GE1は第4ゲート電極GE4と対称をなすことができ、第2ゲート電極GE2は第3ゲート電極GE3と対称をなすことができる。 The gate electrodes GE may include first to fourth gate electrodes GE1-GE4 on the first bit cell CE1. The first to fourth gate electrodes GE1-GE4 may extend across the first and second activation patterns AP1 and AP2 in the first direction D1. The first to fourth gate electrodes GE1-GE4 may be superimposed perpendicularly with the first and second channel patterns CH1 and CH2. The first gate electrode GE1 may be symmetrical with the fourth gate electrode GE4, and the second gate electrode GE2 may be symmetrical with the third gate electrode GE3.
第2ゲート電極GE2と第4ゲート電極GE4を第1の方向D1に並べて整列することができる。第2ゲート電極GE2と第4ゲート電極GE4との間に絶縁パターンSPを介在させて、これらを互いに分離させることができる。第1ゲート電極GE1と第3ゲート電極GE3を第1の方向D1に並べて整列することができる。第1ゲート電極GE1と第3ゲート電極GE3との間に絶縁パターンSPを介在させて、これらを互いに分離させることができる。 The second gate electrode GE2 and the fourth gate electrode GE4 can be aligned in the first direction D1. An insulating pattern SP can be interposed between the second gate electrode GE2 and the fourth gate electrode GE4 to separate them. The first gate electrode GE1 and the third gate electrode GE3 can be aligned in the first direction D1. An insulating pattern SP can be interposed between the first gate electrode GE1 and the third gate electrode GE3 to separate them.
ゲート電極GEの両側壁上に一対のゲートスペーサーGSを配置することができる。一対のゲートスペーサーGSはゲート電極GEに沿って第1の方向D1に延長することができる。一対のゲートスペーサーGSの上面はゲート電極GEの上面より高い。一対のゲートスペーサーGSの上面は後述するゲートキャッピングパターンGPによって被覆することができる。 A pair of gate spacers GS can be placed on both side walls of the gate electrode GE. The pair of gate spacers GS can extend along the gate electrode GE in a first direction D1. The upper surfaces of the pair of gate spacers GS are higher than the upper surface of the gate electrode GE. The upper surfaces of the pair of gate spacers GS can be covered by a gate capping pattern GP, which will be described later.
ゲートスペーサーGSはSiO、SiCN、SiCON、及びSiNの中で少なくとも1つを含むことができる。他の例として、ゲートスペーサーGSはSiO、SiCN、SiCON、及びSiNの中で少なくとも2つで成された多重膜(multi-layer)を含むことができる。 The gate spacer GS may include at least one of SiO, SiCN, SiCON, and SiN. As another example, the gate spacer GS may include a multi-layer made of at least two of SiO, SiCN, SiCON, and SiN.
ゲート電極GEと第1及び第2活性パターンAP1、AP2との間にゲート絶縁膜GIを介在させることができる。ゲート絶縁膜GIはゲート電極GEの底面に沿って延長することができる。 A gate insulating film GI can be interposed between the gate electrode GE and the first and second active patterns AP1 and AP2. The gate insulating film GI can be extended along the bottom surface of the gate electrode GE.
本発明の一実施形態として、ゲート絶縁膜GIは高誘電膜又はシリコン酸化膜と高誘電膜の組合せを含むことができる。前記高誘電膜は、シリコン酸化膜より誘電常数が高い高誘電率物質を含むことができる。一例として、前記高誘電率物質はハフニウム酸化物、ハフニウムシリコン酸化物、ハフニウムジルコニウム酸化物、ハフニウムタンタル酸化物、ランタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウムシリコン酸化物、タンタル酸化物、チタニウム酸化物、バリウムストロンチウムチタニウム酸化物、バリウムチタニウム酸化物、ストロンチウムチタニウム酸化物、リチウム酸化物、アルミニウム酸化物、鉛スカンジウムタンタル酸化物、及び鉛亜鉛ニオブ酸塩の中で少なくとも1つを含むことができる。 In one embodiment of the present invention, the gate insulating film GI may include a high dielectric film or a combination of a silicon oxide film and a high dielectric film. The high dielectric film may include a high dielectric constant material with a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film. As an example, the high dielectric constant material may include at least one of the following: hafnium oxide, hafnium silicon oxide, hafnium zirconium oxide, hafnium tantalum oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, strontium titanium oxide, lithium oxide, aluminum oxide, lead scandium tantalum oxide, and lead zinc niobate.
他の実施形態として、本発明の半導体素子はネガティブキャパシタ(Negative Capacitor)を利用したNC(Negative Capacitance)FETを含むことができる。例えば、ゲート絶縁膜GIは強誘電体特性を有する強誘電体物質膜と、常誘電体特性を有する常誘電体物質膜を含むことができる。 In other embodiments, the semiconductor device of the present invention may include a Negative Capacitance (NC) FET utilizing a negative capacitor. For example, the gate insulating film GI may include a ferroelectric material film having ferroelectric properties and a paraelectric material film having paraelectric properties.
強誘電体物質膜は陰(負)のキャパシタンスを有することができ、常誘電体物質膜は陽(正)のキャパシタンスを有することができる。例えば、2つ以上のキャパシタが直列連結され、各々のキャパシタのキャパシタンスが陽の値を有する場合、全体のキャパシタンスは各々の個別キャパシタのキャパシタンスより減少するようになる。反面、直列連結された2つ以上のキャパシタのキャパシタンスの中で少なくとも1つが陰の値を有する場合、全体キャパシタンスは陽の値を有しながら、各々の個別キャパシタンスの絶対値より大きくなることができる。 Ferroelectric material films can have negative capacitance, while paraelectric material films can have positive capacitance. For example, if two or more capacitors are connected in series and each capacitor has a positive capacitance, the total capacitance will be less than the capacitance of each individual capacitor. Conversely, if at least one of the capacitances of two or more capacitors connected in series has a negative capacitance, the total capacitance can be positive while still being greater than the absolute value of each individual capacitance.
陰のキャパシタンスを有する強誘電体物質膜と、陽のキャパシタンスを有する常誘電体物質膜が直列に連結される場合、直列に連結された強誘電体物質膜及び常誘電体物質膜の全体的なキャパシタンス値は増加することができる。全体的なキャパシタンス値が増加することを利用して、強誘電体物質膜を含むトランジスタは常温で60mV/decade未満の閾値電圧以下スイング(subthresholdswing(SS))を有することができる。 When a ferroelectric material film with negative capacitance and a paraelectric material film with positive capacitance are connected in series, the overall capacitance value of the series-connected ferroelectric and paraelectric materials can increase. By utilizing this increase in overall capacitance, a transistor containing a ferroelectric material film can have a threshold voltage swing (subthreshold swing (SS)) of less than 60 mV/decade at room temperature.
強誘電体物質膜は強誘電体特性を有することができる。強誘電体物質膜は、ハフニウム酸化物(hafnium oxide)、ハフニウムジルコニウム酸化物(hafnium zirconium oxide)、バリウムストロンチウムチタニウム酸化物(barium strontium titanium oxide)、バリウムチタニウム酸化物(barium titanium oxide)、及び鉛ジルコニウムチタニウム酸化物(lead zirconium titanium oxide)の中で少なくとも1つを含むことができる。ここで、一例として、ハフニウムジルコニウム酸化物(hafnium zirconium oxide)はハフニウム酸化物(hafnium oxide)にジルコニウム(Zr)がドーピングされた物質であり得る。他の例として、ハフニウムジルコニウム酸化物(hafnium zirconium oxide)はハフニウム(Hf)とジルコニウム(Zr)と酸素(O)の化合物であってもよい。 Ferroelectric material films can possess ferroelectric properties. Ferroelectric material films may include at least one of the following: hafnium oxide, hafnium zirconium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, and lead zirconium titanium oxide. Here, as an example, hafnium zirconium oxide may be a substance obtained by doping hafnium oxide with zirconium (Zr). As another example, hafnium zirconium oxide may be a compound of hafnium (Hf), zirconium (Zr), and oxygen (O).
強誘電体物質膜はドーピングされたドーパントをさらに含むことができる。例えば、ドーパントはアルミニウム(Al)、チタニウム(Ti)、ニオビウム(Nb)、ランタン(La)、イットリウム(Y)、マグネシウム(Mg)、シリコン(Si)、カルシウム(Ca)、セリウムCE、ジスプロシウム(Dy)、エルビウム(Er)、ガドリニウム(Gd)、ゲルマニウムGE、スカンジウムSC、ストロンチウム(Sr)、及びスズ(Sn)の中で少なくとも1つを含むことができる。強誘電体物質膜がどのような強誘電体材料を含むかによって、強誘電体物質膜に含まれたドーパントの種類は変わることができる。 Ferroelectric material films may further contain doped dopants. For example, the dopants may include at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), niobium (Nb), lanthanum (La), yttrium (Y), magnesium (Mg), silicon (Si), calcium (Ca), cerium (CE), dysprosium (Dy), erbium (Er), gadolinium (Gd), germanium (GE), scandium (SC), strontium (Sr), and tin (Sn). The types of dopants contained in a ferroelectric material film can vary depending on the ferroelectric material it comprises.
強誘電体物質膜がハフニウム酸化物を含む場合、強誘電体物質膜に含まれたドーパントは、ガドリニウム(Gd)、シリコン(Si)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)及びイットリウム(Y)の中で少なくとも1つを含むことができる。 If the ferroelectric material film contains hafnium oxide, the dopant contained in the ferroelectric material film may include at least one of gadolinium (Gd), silicon (Si), zirconium (Zr), aluminum (Al), and yttrium (Y).
ドーパントがアルミニウム(Al)である場合、強誘電体物質膜は3乃至8at%(atomic%)のアルミニウムを含むことができる。ここで、ドーパントの比率はハフニウム及びアルミニウムの合計に対するアルミニウムの比率であり得る。 When the dopant is aluminum (Al), the ferroelectric material film can contain 3 to 8 at% (atomic%) of aluminum. Here, the dopant ratio may be the ratio of aluminum to the total of hafnium and aluminum.
ドーパントがシリコン(Si)である場合、強誘電体物質膜は2乃至10at%のシリコンを含むことができる。ドーパントがイットリウム(Y)である場合、強誘電体物質膜は2乃至10at%のイットリウムを含むことができる。ドーパントがガドリニウム(Gd)である場合、強誘電体物質膜は1乃至7at%のガドリニウムを含むことができる。ドーパントがジルコニウム(Zr)である場合、強誘電体物質膜は50乃至80at%のジルコニウムを含むことができる。 When the dopant is silicon (Si), the ferroelectric material film can contain 2 to 10 at% silicon. When the dopant is yttrium (Y), the ferroelectric material film can contain 2 to 10 at% yttrium. When the dopant is gadolinium (Gd), the ferroelectric material film can contain 1 to 7 at% gadolinium. When the dopant is zirconium (Zr), the ferroelectric material film can contain 50 to 80 at% zirconium.
常誘電体物質膜は常誘電体特性を有することができる。常誘電体物質膜は、シリコン酸化物(silicon oxide)及び高誘電率を有する金属酸化物の中で少なくとも1つを含むことができる。常誘電体物質膜に含まれた金属酸化物は、ハフニウム酸化物(hafnium oxide)、ジルコニウム酸化物(zirconium oxide)、及びアルミニウム酸化物(aluminum oxide)の中で少なくとも1つを含むことができるが、これに制限されるものではない。 A paraelectric material film can possess paraelectric properties. A paraelectric material film may contain at least one of silicon oxide and a metal oxide having a high dielectric constant. The metal oxide contained in the paraelectric material film may, but is not limited to, at least one of hafnium oxide, zirconium oxide, and aluminum oxide.
強誘電体物質膜及び常誘電体物質膜は同一な物質を含むことができる。強誘電体物質膜は強誘電体特性を有するが、常誘電体物質膜は強誘電体特性を有しなくてもよい。例えば、強誘電体物質膜及び常誘電体物質膜がハフニウム酸化物を含む場合、強誘電体物質膜に含まれたハフニウム酸化物の結晶構造は常誘電体物質膜に含まれたハフニウム酸化物の結晶構造と異なる。 The ferroelectric and paraelectric material films may contain the same material. The ferroelectric material film may possess ferroelectric properties, while the paraelectric material film may not. For example, if both the ferroelectric and paraelectric material films contain hafnium oxide, the crystal structure of the hafnium oxide contained in the ferroelectric material film will differ from the crystal structure of the hafnium oxide contained in the paraelectric material film.
強誘電体物質膜は強誘電体特性を有する厚さを有することができる。強誘電体物質膜の厚さは、0.5乃至10nmであり得るが、これに制限されるものではない。各々の強誘電体物質ごとに強誘電体特性を示す臨界厚さが変わるので、強誘電体物質膜の厚さは強誘電体物質に応じて変わることができる。 A ferroelectric material film can have a thickness that exhibits ferroelectric properties. The thickness of the ferroelectric material film may be between 0.5 and 10 nm, but is not limited to this. Since the critical thickness at which ferroelectric properties are exhibited varies for each ferroelectric material, the thickness of the ferroelectric material film can vary depending on the ferroelectric material.
一例として、ゲート絶縁膜GIは1つの強誘電体物質膜を含むことができる。他の例として、ゲート絶縁膜GIは相互間に離隔された複数の強誘電体物質膜を含むことができる。ゲート絶縁膜GIは複数の強誘電体物質膜と、複数の常誘電体物質膜が交互に積層された積層膜構造を有することができる。 As an example, the gate insulating film GI may include a single ferroelectric material film. As another example, the gate insulating film GI may include multiple ferroelectric material films spaced apart from each other. The gate insulating film GI can have a multilayer structure in which multiple ferroelectric material films and multiple paraelectric material films are alternately stacked.
ゲート電極GEは、第1金属パターン、及び前記第1金属パターン上の第2金属パターンを含むことができる。第1金属パターンはゲート絶縁膜GI上に提供されて、第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2に隣接することができる。第1金属パターンはトランジスタの閾値電圧を調節する仕事関数金属を含むことができる。第1金属パターンの厚さ及び組成を調節して、目的とする閾値電圧を達成することができる。 The gate electrode GE may include a first metal pattern and a second metal pattern on the first metal pattern. The first metal pattern is provided on the gate insulating film GI and may be adjacent to the first and second channel patterns CH1 and CH2. The first metal pattern may include a work function metal that adjusts the threshold voltage of the transistor. The desired threshold voltage can be achieved by adjusting the thickness and composition of the first metal pattern.
第1金属パターンは金属窒化膜を含むことができる。例えば、第1金属パターンはチタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、及びモリブデン(Mo)で構成された群から選択された少なくとも1つの金属及び窒素(N)を含むことができる。第1金属パターンは炭素(C)をさらに含むことができる。第1金属パターンは、積層された複数の仕事関数金属膜を含むことができる。 The first metallic pattern may include a metal nitride film. For example, the first metallic pattern may include at least one metal selected from the group consisting of titanium (Ti), tantalum (Ta), aluminum (Al), tungsten (W), and molybdenum (Mo), and nitrogen (N). The first metallic pattern may further include carbon (C). The first metallic pattern may include multiple stacked work function metallic films.
第2金属パターンは第1金属パターンに比べて抵抗が低い金属を含むことができる。例えば、第2金属パターンはタングステン(W)、アルミニウム(Al)、チタニウム(Ti)、及びタンタル(Ta)で構成された群から選択された少なくとも1つの金属を含むことができる。 The second metal pattern may include a metal with lower resistance than the first metal pattern. For example, the second metal pattern may include at least one metal selected from the group consisting of tungsten (W), aluminum (Al), titanium (Ti), and tantalum (Ta).
図5Dを再び参照すれば、第2ゲート電極GE2は第1チャンネルパターンCH1の第1上面TS1及び第1チャンネルパターンCH1の少なくとも1つの第1側壁SW1上に提供することができる。第4ゲート電極GE4は第2チャンネルパターンCH2の第2上面TS2及び第2チャンネルパターンCH2の少なくとも1つの第2側壁SW2上に提供することができる。再び言えば、本実施形態に係るトランジスタは、ゲート電極がチャンネルを3次元的に囲む3次元電界効果トランジスタ(例えば、FinFET)であり得る。 Referring again to Figure 5D, the second gate electrode GE2 can be provided on the first upper surface TS1 of the first channel pattern CH1 and on at least one first sidewall SW1 of the first channel pattern CH1. The fourth gate electrode GE4 can be provided on the second upper surface TS2 of the second channel pattern CH2 and on at least one second sidewall SW2 of the second channel pattern CH2. Again, the transistor according to this embodiment may be a three-dimensional field-effect transistor (e.g., a FinFET) in which the gate electrode three-dimensionally surrounds the channel.
ゲート電極GE上にゲートキャッピングパターンGPを各々提供することができる。ゲートキャッピングパターンGPはゲート電極GEに沿って第1の方向D1に延長することができる。ゲートキャッピングパターンGPは後述する第1乃至第4層間絶縁膜110、120、130、140に対して蝕刻(エッチング)選択性がある物質を含むことができる。具体的に、ゲートキャッピングパターンGPはSiON、SiCN、SiCON、及びSiNの中で少なくとも1つを含むことができる。 A gate capping pattern GP can be provided on each gate electrode GE. The gate capping pattern GP can be extended along the gate electrode GE in a first direction D1. The gate capping pattern GP may contain materials that exhibit etching selectivity with respect to the first to fourth interlayer insulating films 110, 120, 130, and 140, as described later. Specifically, the gate capping pattern GP may contain at least one of SiON, SiCN, SiCON, and SiN.
基板100上に第1層間絶縁膜110を提供することができる。第1層間絶縁膜110はゲートスペーサーGS及び第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2を覆うことができる。 A first interlayer insulating film 110 can be provided on the substrate 100. The first interlayer insulating film 110 can cover the gate spacer GS and the first and second source/drain patterns SD1 and SD2.
第1層間絶縁膜110は下部絶縁膜LIL及び上部絶縁膜UILを含むことができる。上部絶縁膜UILはゲートキャッピングパターンGP及び後述する活性コンタクトACのリセス部RSPを覆うことができる。上部絶縁膜UILは下部絶縁膜LILと同一であるか、或いは異なる絶縁材料を含むことができる。例えば、下部絶縁膜LILはSiOを含むことができ、上部絶縁膜UILはSiO、SiOC、又はSiCを含むことができる。 The first interlayer insulating film 110 may include a lower insulating film LIL and an upper insulating film UIL. The upper insulating film UIL can cover the gate capping pattern GP and the recess portion RSP of the active contact AC (described later). The upper insulating film UIL may be identical to or contain a different insulating material than the lower insulating film LIL. For example, the lower insulating film LIL may contain SiO, and the upper insulating film UIL may contain SiO, SiOC, or SiC.
活性コンタクトACは第1層間絶縁膜110を貫通して第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2に接続することができる。活性コンタクトACの上面は第1層間絶縁膜110の上面と共面をなすことができる。活性コンタクトACは、第1ビットセルCE1上の第1乃至第8活性コンタクトAC1-AC8を含むことができる。 The active contact AC can penetrate the first interlayer insulating film 110 and connect to the first and second source/drain patterns SD1 and SD2. The upper surface of the active contact AC can be coplane with the upper surface of the first interlayer insulating film 110. The active contact AC may include the first to eighth active contacts AC1-AC8 on the first bit cell CE1.
活性コンタクトACは自己整列されたコンタクト(self-aligned contact)であり得る。再び言えば、活性コンタクトACはゲートキャッピングパターンGP及びゲートスペーサーGSによって自己整列的に形成されることができる。例えば、活性コンタクトACはゲートキャッピングパターンGPの側壁の少なくとも一部を覆うことができる。 The active contact AC can be a self-aligned contact. Again, the active contact AC can be formed self-aligned by the gate capping pattern GP and the gate spacer GS. For example, the active contact AC can cover at least a portion of the sidewall of the gate capping pattern GP.
活性コンタクトACは連結部CNP及びリセス部RSPを含むことができる。活性コンタクトACの連結部CNPの上面はリセス部RSPの上面より高い。活性コンタクトACの連結部CNPの上面は第1層間絶縁膜110の上面と共面をなすことができる。活性コンタクトACのリセス部RSPの上面上には上部絶縁膜UILを提供することができる。 The active contact AC may include a connecting portion CNP and a recess portion RSP. The upper surface of the connecting portion CNP of the active contact AC is higher than the upper surface of the recess portion RSP. The upper surface of the connecting portion CNP of the active contact AC can be coplane with the upper surface of the first interlayer insulating film 110. An upper insulating film UIL can be provided on the upper surface of the recess portion RSP of the active contact AC.
連結部CNP上には第1ビアVI1を配置することができる。再び言えば、連結部CNPは第1ビアVI1と接触するために垂直になる方向、即ち第3方向D3に延長することができる。活性コンタクトACは連結部CNP及び第1ビアVI1を通じて第1配線層M1と電気的に連結することができる。 A first via VI1 can be placed on the connecting portion CNP. Again, the connecting portion CNP can be extended in a direction perpendicular to the first via VI1, i.e., in the third direction D3. The active contact AC can be electrically connected to the first wiring layer M1 through the connecting portion CNP and the first via VI1.
活性コンタクトACの中で第2活性コンタクトAC2の連結部CNPは第1ゲートコンタクトGC1と接触することができる(図5B参照)。第2活性コンタクトAC2は連結部CNPを通じて第1ゲートコンタクトGC1と電気的に連結することができる。活性コンタクトACの中で第5活性コンタクトAC5の連結部CNPは第2ゲートコンタクトGC2と接触することができる(図5B参照)。第5活性コンタクトAC5は連結部CNPを通じて第2ゲートコンタクトGC2と電気的に連結することができる。 Within the active contact AC, the connecting portion CNP of the second active contact AC2 can contact the first gate contact GC1 (see Figure 5B). The second active contact AC2 can be electrically connected to the first gate contact GC1 through the connecting portion CNP. Within the active contact AC, the connecting portion CNP of the fifth active contact AC5 can contact the second gate contact GC2 (see Figure 5B). The fifth active contact AC5 can be electrically connected to the second gate contact GC2 through the connecting portion CNP.
活性コンタクトACとそれに連結されるソース/ドレーンパターンSD1、SD2の間にシリサイドパターンSCを介在させることができる。活性コンタクトACは、シリサイドパターンSCを通じてソース/ドレーンパターンSD1、SD2と電気的に連結することができる。シリサイドパターンSCは金属-シリサイド(Metal-Silicide)を含むことができ、一例としてチタニウム-シリサイド、タンタル-シリサイド、タングステン-シリサイド、ニッケル-シリサイド、及びコバルト-シリサイドの中で少なくとも1つを含むことができる。 A silicide pattern SC can be interposed between the active contact AC and the source/drain patterns SD1 and SD2 connected to it. The active contact AC can be electrically connected to the source/drain patterns SD1 and SD2 through the silicide pattern SC. The silicide pattern SC may contain metal-silicides, and as an example, it may include at least one of titanium-silicide, tantalum-silicide, tungsten-silicide, nickel-silicide, and cobalt-silicide.
ゲート電極GE上にそれと電気的に連結されるゲートコンタクトGCを提供することができる。ゲートコンタクトGCは、第1層間絶縁膜110、ゲートスペーサーGS、及びゲートキャッピングパターンGPを貫通してゲート電極GEに接続することができる。 A gate contact GC can be provided that is electrically connected to the gate electrode GE. The gate contact GC can be connected to the gate electrode GE by penetrating the first interlayer insulating film 110, the gate spacer GS, and the gate capping pattern GP.
ゲートコンタクトGCの上面及び活性コンタクトACの連結部CNPの上面は、第1層間絶縁膜110の上面と共面をなすことができる。ゲートコンタクトGCの底面は、活性コンタクトACの底面より高い。ゲートコンタクトGCの底面は、活性コンタクトACのリセス部RSPの上面より高く、連結部CNPの上面より低くすることができる。 The upper surface of the gate contact GC and the upper surface of the connecting portion CNP of the active contact AC can be coplane with the upper surface of the first interlayer insulating film 110. The bottom surface of the gate contact GC is higher than the bottom surface of the active contact AC. The bottom surface of the gate contact GC can be higher than the upper surface of the recess portion RSP of the active contact AC and lower than the upper surface of the connecting portion CNP.
活性コンタクトAC及びゲートコンタクトGCの各々は、導電パターンFM、及び導電パターンFMを囲むバリアーパターンBMを含むことができる。例えば、導電パターンFMはアルミニウム、銅、タングステン、モリブデニウム、及びコバルトの中で少なくとも1つの金属を含むことができる。バリアーパターンBMは導電パターンFMの側壁及び底面を覆うことができる。バリアーパターンBMは金属窒化膜又は金属膜/金属窒化膜を含むことができる。前記金属膜はチタニウム、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト、及び白金の中で少なくとも1つを含むことができる。前記金属窒化膜はチタニウム窒化膜(TiN)、タンタル窒化膜(TaN)、タングステン窒化膜(WN)、ニッケル窒化膜(NiN)、コバルト窒化膜(CoN)、及び白金窒化膜(PtN)の中で少なくとも1つを含むことができる。 Each of the active contact AC and gate contact GC may include a conductive pattern FM and a barrier pattern BM surrounding the conductive pattern FM. For example, the conductive pattern FM may include at least one metal from among aluminum, copper, tungsten, molybdenum, and cobalt. The barrier pattern BM may cover the sidewalls and bottom surface of the conductive pattern FM. The barrier pattern BM may include a metal nitride film or a metal film/metal nitride film. The metal film may include at least one from among titanium, tantalum, tungsten, nickel, cobalt, and platinum. The metal nitride film may include at least one from among titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), nickel nitride (NiN), cobalt nitride (CoN), and platinum nitride (PtN).
ゲートコンタクトGCは、第1ビットセルCE1上の第1及び第2ゲートコンタクトGC1、GC2を含むことができる。第1ゲートコンタクトGC1は第3ゲート電極GE3に接続することができ、第2ゲートコンタクトGC2は第2ゲート電極GE2に接続することができる。 The gate contact GC may include first and second gate contacts GC1 and GC2 on the first bit cell CE1. The first gate contact GC1 can be connected to the third gate electrode GE3, and the second gate contact GC2 can be connected to the second gate electrode GE2.
図4及び図5Bを再び参照すれば、第1ビットセルCE1上で、第1ゲートコンタクトGC1及びそれと接触する第2活性コンタクトAC2は第1共有コンタクト(shared contact)SHC1を構成することができる。第1共有コンタクトSHC1を通じて、第3ゲート電極GE3がそれに隣接する第1ソース/ドレーンパターンSD1と電気的に連結することができる。第2ゲートコンタクトGC2及びそれと接触する第5活性コンタクトAC5は第2共有コンタクトSHC2を構成することができる。 Referring again to Figures 4 and 5B, on the first bit cell CE1, the first gate contact GC1 and the second active contact AC2 in contact with it can constitute a first shared contact SHC1. Through the first shared contact SHC1, the third gate electrode GE3 can be electrically connected to the adjacent first source/drain pattern SD1. The second gate contact GC2 and the fifth active contact AC5 in contact with it can constitute a second shared contact SHC2.
第1層間絶縁膜110上に順次的に積層された第2層間絶縁膜120、第3層間絶縁膜130、及び第4層間絶縁膜140を提供することができる。一例として、第2乃至第4層間絶縁膜120、130、140はシリコン酸化膜を含むことができる。 A second interlayer insulating film 120, a third interlayer insulating film 130, and a fourth interlayer insulating film 140 can be sequentially laminated on a first interlayer insulating film 110. As an example, the second to fourth interlayer insulating films 120, 130, and 140 may include silicon oxide films.
第2層間絶縁膜120内に第1配線層M1を提供することができる。第1配線層M1は、先に図2を参照して説明したように、第1ビットラインBL1、第2ビットラインBL2、電源ラインVDD、第1下部ランディングパッドLLP1、第2下部ランディングパッドLLP2、及び第1ビアVI1を含むことができる。 A first wiring layer M1 can be provided within the second interlayer insulating film 120. As previously described with reference to Figure 2, the first wiring layer M1 may include a first bit line BL1, a second bit line BL2, a power line VDD, a first lower landing pad LLP1, a second lower landing pad LLP2, and a first via VI1.
第3層間絶縁膜130内に第2配線層M2を提供することができる。第2配線層M2は、先に図2を参照して説明したように、接地ラインVSS、上部ランディングパッドULP、及び第2ビアVI2を含むことができる。 A second wiring layer M2 can be provided within the third interlayer insulating film 130. The second wiring layer M2 may include a ground line VSS, an upper landing pad ULP, and a second via VI2, as previously described with reference to Figure 2.
第4層間絶縁膜140内に第3配線層M3を提供することができる。第3配線層M3は、先に図2を参照して説明したように、ワードラインWL及び第3ビアVI3を含むことができる。 A third wiring layer M3 can be provided within the fourth interlayer insulating film 140. The third wiring layer M3 may include a word line WL and a third via VI3, as previously described with reference to Figure 2.
第1ビットセルCE1において、第1及び第2活性パターンAP1、AP2及び第1乃至第4ゲート電極GE1-GE4はメモリトランジスタを構成することができる。第1ビットセルCE1のメモリトランジスタは、先に図1を参照して説明した第1プルアップトランジスタTU1、第1プルダウントランジスタTD1、第2プルアップトランジスタTU2、第2プルダウントランジスタTD2、第1パス-ゲートトランジスタTA1、及び第2パス-ゲートトランジスタTA2を含むことができる。 In the first bit cell CE1, the first and second activation patterns AP1 and AP2 and the first to fourth gate electrodes GE1-GE4 can constitute a memory transistor. The memory transistor of the first bit cell CE1 may include the first pull-up transistor TU1, the first pull-down transistor TD1, the second pull-up transistor TU2, the second pull-down transistor TD2, the first pass-gate transistor TA1, and the second pass-gate transistor TA2, as previously described with reference to Figure 1.
第1ゲート電極GE1は第1パス-ゲートトランジスタTA1のゲートであり得る。第1ゲート電極GE1はワードラインWLと電気的に連結することができる。第2ゲート電極GE2は第1プルダウン及び第1プルアップトランジスタTD1、TU1の共通ゲートであり得る。第3ゲート電極GE3は第2プルダウン及び第2プルアップトランジスタTD2、TU2の共通ゲートであり得る。第4ゲート電極GE4は第2パス-ゲートトランジスタTA2のゲートであり得る。第4ゲート電極GE4はワードラインWLと電気的に連結することができる。 The first gate electrode GE1 may be the gate of the first pass-gate transistor TA1. The first gate electrode GE1 can be electrically connected to the word line WL. The second gate electrode GE2 may be the common gate of the first pull-down and first pull-up transistors TD1 and TU1. The third gate electrode GE3 may be the common gate of the second pull-down and second pull-up transistors TD2 and TU2. The fourth gate electrode GE4 may be the gate of the second pass-gate transistor TA2. The fourth gate electrode GE4 can be electrically connected to the word line WL.
第1活性コンタクトAC1は第1プルダウントランジスタTD1の第2ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。第1活性コンタクトAC1は接地ラインVSSと電気的に連結することができる。 The first active contact AC1 can be electrically connected to the second source/drain of the first pull-down transistor TD1. The first active contact AC1 can also be electrically connected to the ground line VSS.
第2活性コンタクトAC2は第1プルダウントランジスタTD1と第1パス-ゲートトランジスタTA1の共通ソース/ドレーン(第1ソース/ドレーン)と電気的に連結することができる。第2活性コンタクトAC2は第1の方向D1に延長されて、第1プルアップトランジスタTU1の第1ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。 The second active contact AC2 can be electrically connected to the common source/drain (first source/drain) of the first pull-down transistor TD1 and the first pass-gate transistor TA1. The second active contact AC2 can be extended in the first direction D1 and electrically connected to the first source/drain of the first pull-up transistor TU1.
第1ゲートコンタクトGC1及び第2活性コンタクトAC2は第1共有コンタクトSHC1を構成することができる。第1共有コンタクトSHC1を通じて第2活性コンタクトAC2と第3ゲート電極GE3が互いに電気的に連結することができる。再び言えば、第1共有コンタクトSHC1を通じて第1プルアップ及び第1プルダウントランジスタTU1、TD1の共通ソース/ドレーンが第2プルアップ及び第2プルダウントランジスタTU2、TD2の共通ゲートに電気的に連結することができる。第1共有コンタクトSHC1は図1の第1ノードN1に対応することができる。 The first gate contact GC1 and the second active contact AC2 can constitute the first shared contact SHC1. Through the first shared contact SHC1, the second active contact AC2 and the third gate electrode GE3 can be electrically connected to each other. Again, through the first shared contact SHC1, the common source/drain of the first pull-up and first pull-down transistors TU1 and TD1 can be electrically connected to the common gate of the second pull-up and second pull-down transistors TU2 and TD2. The first shared contact SHC1 can correspond to the first node N1 in Figure 1.
第3活性コンタクトAC3は第1パス-ゲートトランジスタTA1の第2ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。第3活性コンタクトAC3は第1ビアVI1を通じて第1ビットラインBL1と電気的に連結することができる(図5A参照)。 The third active contact AC3 can be electrically connected to the second source/drain of the first pass-gate transistor TA1. The third active contact AC3 can also be electrically connected to the first bit line BL1 via the first via VI1 (see Figure 5A).
第4活性コンタクトAC4は第1プルアップトランジスタTU1の第2ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。第4活性コンタクトAC4は第1ビアVI1を通じて電源ラインVDDと電気的に連結することができる(図5B参照)。 The fourth active contact AC4 can be electrically connected to the second source/drain of the first pull-up transistor TU1. The fourth active contact AC4 can also be electrically connected to the power line VDD through the first via VI1 (see Figure 5B).
第5活性コンタクトAC5は第2プルアップトランジスタTU2の第1ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。第5活性コンタクトAC5は第1の方向D1に延長されて、第2プルダウントランジスタTD2と第2パス-ゲートトランジスタTA2の共通ソース/ドレーン(第1ソース/ドレーン)と電気的に連結することができる。 The fifth active contact AC5 can be electrically connected to the first source/drain of the second pull-up transistor TU2. The fifth active contact AC5 extends in the first direction D1 and can be electrically connected to the common source/drain (first source/drain) of the second pull-down transistor TD2 and the second pass-gate transistor TA2.
第2ゲートコンタクトGC2及び第5活性コンタクトAC5は第2共有コンタクトSHC2を構成することができる。第2共有コンタクトSHC2を通じて第5活性コンタクトAC5と第2ゲート電極GE2が互いに電気的に連結することができる。再び言えば、第2共有コンタクトSHC2を通じて第2プルアップ及び第2プルダウントランジスタTU2、TD2の共通ソース/ドレーンが第1プルアップ及び第1プルダウントランジスタTU1、TD1の共通ゲートに電気的に連結することができる。第2共有コンタクトSHC2は図1の第2ノードN2に対応することができる。 The second gate contact GC2 and the fifth active contact AC5 can constitute a second shared contact SHC2. Through the second shared contact SHC2, the fifth active contact AC5 and the second gate electrode GE2 can be electrically connected to each other. Again, through the second shared contact SHC2, the common source/drain of the second pull-up and second pull-down transistors TU2 and TD2 can be electrically connected to the common gate of the first pull-up and first pull-down transistors TU1 and TD1. The second shared contact SHC2 can correspond to the second node N2 in Figure 1.
第6活性コンタクトAC6は第2プルアップトランジスタTU2の第2ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。第6活性コンタクトAC6は第1ビアVI1を通じて電源ラインVDDと電気的に連結することができる(図5C参照)。 The sixth active contact AC6 can be electrically connected to the second source/drain of the second pull-up transistor TU2. The sixth active contact AC6 can also be electrically connected to the power line VDD via the first via VI1 (see Figure 5C).
第7活性コンタクトAC7は第2パス-ゲートトランジスタTA2の第2ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。第7活性コンタクトAC7は第1ビアVI1を通じて第2ビットラインBL2と電気的に連結することができる。 The seventh active contact AC7 can be electrically connected to the second source/drain of the second pass-gate transistor TA2. The seventh active contact AC7 can also be electrically connected to the second bit line BL2 via the first via VI1.
第8活性コンタクAC8は第2プルダウントランジスタTD2の第2ソース/ドレーンと電気的に連結することができる。第8活性コンタクトAC8は接地ラインVSSと電気的に連結することができる。 The eighth active contact AC8 can be electrically connected to the second source/drain of the second pull-down transistor TD2. The eighth active contact AC8 can also be electrically connected to the ground line VSS.
図6A及び図6Bを参照すれば、第1共有コンタクトSHC1の第1ゲートコンタクトGC1及び第2活性コンタクトAC2の各々はバリアーパターンBM及び導電パターンFMを含むことができる。第1ゲートコンタクトGC1の導電パターンFMと第2活性コンタクトAC2の導電パターンFMとの間に第1ゲートコンタクトGC1のバリアーパターンBMを介在させることができる。 Referring to Figures 6A and 6B, each of the first gate contact GC1 and the second active contact AC2 of the first shared contact SHC1 can include a barrier pattern BM and a conductive pattern FM. The barrier pattern BM of the first gate contact GC1 can be interposed between the conductive pattern FM of the first gate contact GC1 and the conductive pattern FM of the second active contact AC2.
第1ゲートコンタクトGC1は第3ゲート電極GE3に接続する本体部BDP及び本体部BDPから第2方向D2に水平方向に突出した突出部PRPを含むことができる。突出部PRPは第2活性コンタクトAC2と垂直方向に重畳することができる。本体部BDPは第2活性コンタクトAC2と重畳されずに、オフセットすることができる。突出部PRPは第2活性コンタクトAC2と直接接触することができる。再び言えば、突出部PRPを通じて第1ゲートコンタクトGC1が第2活性コンタクトAC2に連結することができる。 The first gate contact GC1 may include a main body BDP connected to the third gate electrode GE3 and a protruding portion PRP projecting horizontally from the main body BDP in the second direction D2. The protruding portion PRP can be superimposed perpendicularly with the second active contact AC2. The main body BDP can be offset without superimposing with the second active contact AC2. The protruding portion PRP can directly contact the second active contact AC2. In other words, the first gate contact GC1 can be connected to the second active contact AC2 through the protruding portion PRP.
突出部PRPは本体部BDPから第2活性コンタクトAC2の中心に向けて延長することができる。突出部PRPは第2活性コンタクトAC2の上部に入り込む形状を有することができる。突出部PRPは第2活性コンタクトAC2の内部に埋め込まれる形状を有することができる。 The protruding PRP can extend from the main body BDP toward the center of the second active contact AC2. The protruding PRP can have a shape that extends into the upper part of the second active contact AC2. The protruding PRP can also have a shape that is embedded inside the second active contact AC2.
突出部PRPは本体部BDPの底面に比べてさらに高いレベルに位置することができる。再び言えば、突出部PRPの最下部は第3ゲート電極GE3の上面より高い。一実施形態として、突出部PRPの上面は本体部BDPの上面と共面をなすことができる。他の実施形態として、突出部PRPの上面は本体部BDPの上面より低くてもよい。 The protruding PRP can be positioned at a higher level than the bottom surface of the main body BDP. Again, the lowest point of the protruding PRP is higher than the upper surface of the third gate electrode GE3. In one embodiment, the upper surface of the protruding PRP can be coplane with the upper surface of the main body BDP. In another embodiment, the upper surface of the protruding PRP may be lower than the upper surface of the main body BDP.
第1ゲートコンタクトGC1の突出部PRPが第2活性コンタクトAC2の内部に埋め込まれる形状を有することによって、第1ゲートコンタクトGC1と第2活性コンタクトAC2との間の接触面積を相対的に大きくすることができる。したがって、第1ゲートコンタクトGC1と第2活性コンタクトAC2との間の接触抵抗を相対的に小さくすることができる。 The protruding PRP portion of the first gate contact GC1 is embedded inside the second active contact AC2, thereby relatively increasing the contact area between the first gate contact GC1 and the second active contact AC2. Consequently, the contact resistance between the first gate contact GC1 and the second active contact AC2 can be relatively reduced.
第1ゲートコンタクトGC1の突出部PRPは第2活性コンタクトAC2と重畳するように提供することができる。したがって、第1ゲートコンタクトGC1の形成の時、突出部PRPを通じて第1ゲートコンタクトGC1と第2活性コンタクトAC2との間の整列マージンを確保することができる。再び言えば、突出部PRPを通じて第1ゲートコンタクトGC1と第2活性コンタクトAC2との間の誤整列を防ぐことがきる。結果的に、半導体メモリ素子の信頼性を向上させることができる。 The protruding portion PRP of the first gate contact GC1 can be provided so as to overlap with the second active contact AC2. Therefore, during the formation of the first gate contact GC1, the alignment margin between the first gate contact GC1 and the second active contact AC2 can be ensured through the protruding portion PRP. In other words, misalignment between the first gate contact GC1 and the second active contact AC2 can be prevented through the protruding portion PRP. As a result, the reliability of the semiconductor memory element can be improved.
図7は本発明の比較例によるものであって、図5BのM領域を拡大した断面図である。図7を参照すれば、第1ゲートコンタクトGC1が先の図6の突出部PRPを含まない。即ち、第1ゲートコンタクトGC1は本体部BDPのみで構成することができる。第1ゲートコンタクトGC1の上部側壁と第2活性コンタクトAC2の上部側壁が二次元平面に接触することができる。この場合、第1ゲートコンタクトGC1と第2活性コンタクトAC2との間の接触面積を相対的に小さくすることができる。したがって、第1ゲートコンタクトGC1と第2活性コンタクトAC2との間の接触抵抗を相対的に大きくすることができる。 Figure 7 shows a comparative example of the present invention and is an enlarged cross-sectional view of region M in Figure 5B. Referring to Figure 7, the first gate contact GC1 does not include the protruding PRP portion shown in Figure 6. That is, the first gate contact GC1 can be composed solely of the main body portion BDP. The upper sidewall of the first gate contact GC1 and the upper sidewall of the second active contact AC2 can contact each other in a two-dimensional plane. In this case, the contact area between the first gate contact GC1 and the second active contact AC2 can be relatively reduced. Therefore, the contact resistance between the first gate contact GC1 and the second active contact AC2 can be relatively increased.
本発明の実施形態によれば、ゲートコンタクトGCと活性コンタクトACが二次元平面ではない三次元構造に接触して1つの共有コンタクトSHCを構成することができる。したがって、共有コンタクトSHC、即ち第1ノードN1の電気的抵抗が減少し、SRAMセルの動作速度及び電気的特性を向上させることができる。 According to embodiments of the present invention, the gate contact GC and the active contact AC can contact a three-dimensional structure, rather than a two-dimensional plane, to form a single shared contact SHC. Therefore, the electrical resistance of the shared contact SHC, i.e., the first node N1, is reduced, improving the operating speed and electrical characteristics of the SRAM cell.
図8A乃至図12Dは本発明の実施形態に係る半導体メモリ素子の製造方法を説明するための断面図である。図8A、図9A、図10A、図11A、及び図12Aは図4のA-A’線に沿う断面図である。図8B、図9B、図10B、図11B、及び図12Bは図4のB-B’線に沿う断面図である。図8C、図9C、図10C、図11C、及び図12Cは図4のC-C’線に沿う断面図である。図8D、図9D、図10D、図11D、及び図12Dは図4のD-D’線に沿う断面図である。 Figures 8A to 12D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor memory element according to an embodiment of the present invention. Figures 8A, 9A, 10A, 11A, and 12A are cross-sectional views along the line A-A' in Figure 4. Figures 8B, 9B, 10B, 11B, and 12B are cross-sectional views along the line B-B' in Figure 4. Figures 8C, 9C, 10C, 11C, and 12C are cross-sectional views along the line C-C' in Figure 4. Figures 8D, 9D, 10D, 11D, and 12D are cross-sectional views along the line D-D' in Figure 4.
図4、図8A乃至図8Dを参照すれば、基板100をパターニングして、第1及び第2活性パターンAP1、AP2を定義するトレンチTRを形成することができる。再び言えば、第1及び第2活性パターンAP1、AP2の間にトレンチTRを形成することができる。 Referring to Figures 4 and 8A to 8D, the substrate 100 can be patterned to form trenches TR that define the first and second active patterns AP1 and AP2. In other words, trenches TR can be formed between the first and second active patterns AP1 and AP2.
基板100上にトレンチTRを満たす素子分離膜STを形成することができる。素子分離膜STはシリコン酸化膜のような絶縁材料を含むことができる。第1及び第2活性パターンAP1、AP2の上部が露出される時まで素子分離膜STをリセスすることができる。したがって、第1及び第2活性パターンAP1、AP2の上部は素子分離膜ST上に垂直方向に突出することができる。 An element isolation film ST can be formed on the substrate 100, filling the trench TR. The element isolation film ST may include an insulating material such as a silicon oxide film. The element isolation film ST can be recessed until the upper parts of the first and second active patterns AP1 and AP2 are exposed. Therefore, the upper parts of the first and second active patterns AP1 and AP2 can protrude vertically onto the element isolation film ST.
図4及び図9A乃至図9Dを参照すれば、第1及び第2活性パターンAP1、AP2を横切る犠牲パターンPPを形成することができる。犠牲パターンPPは第1の方向D1に延長されるライン形状(lines hape)に形成することができる。具体的に、犠牲パターンPPを形成することは、基板100の全面上に犠牲膜を形成すること、前記犠牲膜上にハードマスクパターンMAを形成すること、及びハードマスクパターンMAを蝕刻マスクとして前記犠牲膜をパターニングすることを含むことができる。前記犠牲膜はポリシリコンを含むことができる。 Referring to Figures 4 and 9A to 9D, a sacrificial pattern PP can be formed across the first and second active patterns AP1 and AP2. The sacrificial pattern PP can be formed in a line shape (lines hope) extending in the first direction D1. Specifically, forming the sacrificial pattern PP includes forming a sacrificial film on the entire surface of the substrate 100, forming a hard mask pattern MA on the sacrificial film, and patterning the sacrificial film using the hard mask pattern MA as an etching mask. The sacrificial film may contain polysilicon.
犠牲パターンPPの各々の両側壁上に一対のゲートスペーサーGSを形成することができる。ゲートスペーサーGSを形成することは、基板100の前面上にゲートスペーサー膜をコンフォーマルに形成すること、及び前記ゲートスペーサー膜を異方性蝕刻することを含むことができる。前記ゲートスペーサー膜はSiCN、SiCON、及びSiNの中で少なくとも1つを含むことができる。他の例として、前記ゲートスペーサー膜はSiCN、SiCON、及びSiNの中で少なくとも2つを含む多重膜(multi-layer)であり得る。 A pair of gate spacers GS can be formed on each side wall of the sacrificial pattern PP. Forming the gate spacers GS may include conformally forming a gate spacer film on the front surface of the substrate 100 and anisotropically etching the gate spacer film. The gate spacer film may include at least one of SiCN, SiCON, and SiN. As another example, the gate spacer film may be a multi-layer film containing at least two of SiCN, SiCON, and SiN.
第1活性パターンAP1の上部に第1ソース/ドレーンパターンSD1を形成することができる。一対の第1ソース/ドレーンパターンSD1は、犠牲パターンPPの各々の両側に形成することができる。具体的に、ハードマスクパターンMA及びゲートスペーサーGSを蝕刻マスクとして第1活性パターンAP1の上部を蝕刻して、第1リセス領域RS1を形成することができる。第1活性パターンAP1の上部を蝕刻する間に、第1活性パターンAP1の間の素子分離膜STをリセスすることができる。 A first source/drain pattern SD1 can be formed on the upper part of the first active pattern AP1. A pair of first source/drain patterns SD1 can be formed on each side of the sacrificial pattern PP. Specifically, the upper part of the first active pattern AP1 can be etched using the hard mask pattern MA and gate spacer GS as etching masks to form a first recess region RS1. While etching the upper part of the first active pattern AP1, the element isolation film ST between the first active patterns AP1 can be recessed.
第1活性パターンAP1の第1リセス領RS1の内側壁をシード層(seed layer)とする選択的エピタキシャル成長工程を遂行して、第1ソース/ドレーンパターンSD1を形成することができる。第1ソース/ドレーンパターンSD1を形成することによって、一対の第1ソース/ドレーンパターンSD1の間に第1チャンネルパターンCH1を定義することができる。一例として、第1ソース/ドレーンパターンSD1は基板100の半導体元素の格子定数より大きい格子定数を有する半導体元素(例えば、SiGe)を含むことができる。各々の第1ソース/ドレーンパターンSD1は多層の半導体層で形成することができる。 A first source/drain pattern SD1 can be formed by performing a selective epitaxial growth process using the inner wall of the first recess region RS1 of the first active pattern AP1 as a seed layer. By forming the first source/drain pattern SD1, a first channel pattern CH1 can be defined between a pair of first source/drain patterns SD1. As an example, the first source/drain pattern SD1 may include a semiconductor element (e.g., SiGe) having a lattice constant greater than that of the semiconductor element in the substrate 100. Each first source/drain pattern SD1 can be formed from a multilayer semiconductor layer.
一実施形態として、第1ソース/ドレーンパターンSD1を形成するための選択的エピタキシャル成長工程の間に不純物をインシッツ(in-situ)に注入することができる。他の実施形態として、第1ソース/ドレーンパターンSD1が形成された後、第1ソース/ドレーンパターンSD1に不純物を注入することができる。第1ソース/ドレーンパターンSD1は第1導電型(例えば、p型)を有するようにドーピングすることができる。 In one embodiment, impurities can be injected in-situ during the selective epitaxial growth process for forming the first source/drain pattern SD1. In another embodiment, impurities can be injected into the first source/drain pattern SD1 after it has been formed. The first source/drain pattern SD1 can be doped to have a first conductivity type (e.g., p-type).
第2活性パターンAP2の上部に第2ソース/ドレーンパターンSD2を形成することができる。一対の第2ソース/ドレーンパターンSD2は、犠牲パターンPPの各々の両側に形成することができる。具体的に、ハードマスクパターンMA及びゲートスペーサーGSを蝕刻マスクとして第2活性パターンAP2の上部を蝕刻して、第2リセス領域RS2を形成することができる。 A second source/drain pattern SD2 can be formed on the upper part of the second active pattern AP2. A pair of second source/drain patterns SD2 can be formed on each side of the sacrificial pattern PP. Specifically, the upper part of the second active pattern AP2 can be etched using the hard mask pattern MA and gate spacer GS as etching masks to form the second recess region RS2.
第2活性パターンAP2の第2リセス領域RS2の内側壁をシード層とする選択的エピタキシャル成長工程を遂行して、第2ソース/ドレーンパターンSD2を形成することができる。第2ソース/ドレーンパターンSD2を形成することによって、一対の第2ソース/ドレーンパターンSD2の間に第2チャンネルパターンCH2を定義することができる。一例として、第2ソース/ドレーンパターンSD2は基板100と同一な半導体元素(例えば、Si)を含むことができる。第2ソース/ドレーンパターンSD2は第2導電型(例えば、n型)を有するようにドーピングすることができる。 A second source/drain pattern SD2 can be formed by performing a selective epitaxial growth process using the inner wall of the second recess region RS2 of the second active pattern AP2 as a seed layer. By forming the second source/drain pattern SD2, a second channel pattern CH2 can be defined between the pair of second source/drain patterns SD2. As an example, the second source/drain pattern SD2 may contain the same semiconductor element as the substrate 100 (e.g., Si). The second source/drain pattern SD2 can be doped to have a second conductivity type (e.g., n-type).
第1ソース/ドレーンパターンSD1と第2ソース/ドレーンパターンSD2は互いに異なる工程を通じて順次的に形成することができる。再び言えば、第1ソース/ドレーンパターンSD1と第2ソース/ドレーンパターンSD2は同時に形成されなくてもよい。 The first source/drain pattern SD1 and the second source/drain pattern SD2 can be formed sequentially through different processes. In other words, the first source/drain pattern SD1 and the second source/drain pattern SD2 do not necessarily have to be formed simultaneously.
図4及び図10A乃至図10Dを参照すれば、第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2、ハードマスクパターンMA、及びゲートスペーサーGSを覆う下部絶縁膜LILを形成することができる。一例として、下部絶縁膜LILはシリコン酸化膜を含むことができる。 Referring to Figures 4 and 10A to 10D, the lower insulating film LIL can be formed to cover the first and second source/drain patterns SD1 and SD2, the hard mask pattern MA, and the gate spacer GS. As an example, the lower insulating film LIL may include a silicon oxide film.
犠牲パターンPPの上面が露出される時まで下部絶縁膜LILを平坦化することができる。第1層間絶縁膜110の平坦化はエッチバック(Etch Back)又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)工程を利用して遂行することができる。前記平坦化工程の間に、ハードマスクパターンMAは全て除去することができる。結果的に、第1層間絶縁膜110の上面は犠牲パターンPPの上面及びゲートスペーサーGSの上面と共面をなすことができる。 The lower insulating film LIL can be planarized until the upper surface of the sacrificial pattern PP is exposed. Planarization of the first interlayer insulating film 110 can be performed using an etch-back or CMP (Chemical Mechanical Polishing) process. During the planarization process, the hard mask pattern MA can be completely removed. As a result, the upper surface of the first interlayer insulating film 110 can be coplane with the upper surface of the sacrificial pattern PP and the upper surface of the gate spacer GS.
露出された犠牲パターンPPの一部を除去し、絶縁材料を満たして絶縁パターンSPを形成することができる。絶縁パターンSPによって、その後に形成されるゲート電極GEを第1乃至第4ゲート電極GE1-GE4に分けることができる。 By removing a portion of the exposed sacrificial pattern PP and filling it with insulating material, an insulating pattern SP can be formed. The insulating pattern SP allows the subsequently formed gate electrode GE to be divided into first to fourth gate electrodes GE1-GE4.
犠牲パターンPPがゲート電極GEで交替されることができる。具体的に、露出された犠牲パターンPPを選択的に除去することができる。犠牲パターンPPを除去することによって、空き空間を形成することができる。犠牲パターンPPが除去された前記空き空間内にゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEが順次的に形成することができる。 The sacrificial pattern PP can be replaced by the gate electrode GE. Specifically, the exposed sacrificial pattern PP can be selectively removed. By removing the sacrificial pattern PP, an empty space can be formed. The gate insulating film GI and the gate electrode GE can be sequentially formed within the empty space where the sacrificial pattern PP was removed.
ゲート電極GE及びゲートスペーサーGSをリセスし、リセスされたゲート電極GE及びリセスされたゲートスペーサーGS上にゲートキャッピングパターンGPを形成することができる。ゲートキャッピングパターンGPは下部絶縁膜LILに対して蝕刻選択比を有する物質を含むことができる。 The gate electrode GE and gate spacer GS can be recessed, and a gate capping pattern GP can be formed on the recessed gate electrode GE and gate spacer GS. The gate capping pattern GP may contain a material having an etching selectivity ratio with respect to the lower insulating film LIL.
下部絶縁膜LILを貫通して、第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2と電気的に連結される活性コンタクトACを形成することができる。具体的に、第1フォトリソグラフィー工程を通じて下部絶縁膜LIL内に第1コンタクトホールを形成することができる。第1コンタクトホールは活性コンタクトACを定義することができる。第1コンタクトホールは第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2を露出することができる。第1コンタクトホールはゲートキャッピングパターンGPをマスクとして自己整列的に形成されることができる。 Active contacts AC can be formed that penetrate the lower insulating film LIL and are electrically connected to the first and second source/drain patterns SD1 and SD2. Specifically, a first contact hole can be formed within the lower insulating film LIL through a first photolithography process. The first contact hole can define the active contact AC. The first contact hole can expose the first and second source/drain patterns SD1 and SD2. The first contact hole can be formed self-aligned using the gate capping pattern GP as a mask.
第1コンタクトホールを通じて露出された第1及び第2ソース/ドレーンパターンSD1、SD2上にシリサイドパターンSCを形成することができる。第1コンタクトホール内にバリアーパターンBM及び導電パターンFMを順次的に形成することによって、活性コンタクトACを形成することができる。活性コンタクトACの上面は、ゲートキャッピングパターンGPの上面及び下部絶縁膜LILの上面と共面をなすことができる。 A silicide pattern SC can be formed on the first and second source/drain patterns SD1 and SD2 exposed through the first contact hole. An active contact AC can be formed by sequentially forming a barrier pattern BM and a conductive pattern FM within the first contact hole. The upper surface of the active contact AC can be coplane with the upper surface of the gate capping pattern GP and the upper surface of the lower insulating film LIL.
図4及び図11A乃至図11Dを参照すれば、活性コンタクトACの一部領域上にマスクパターンMAPを形成することができる。マスクパターンMAPは、活性コンタクトACの連結部CNPが形成される領域を定義することができる。 Referring to Figures 4 and 11A to 11D, a mask pattern MAP can be formed on a portion of the active contact AC. The mask pattern MAP can define the region where the connecting portion CNP of the active contact AC is formed.
マスクパターンMAPを蝕刻マスクとして、マスクパターンMAPを除いた残りの領域を蝕刻してリセスホールRSHを形成することができる。リセスホールRSHを形成するための蝕刻工程の間に、ゲートキャッピングパターンGPの上部をリセスすることができる。前記蝕刻工程の間に、マスクパターンMAPに覆わない活性コンタクトACの残りの領域がリセスされてリセス部RSPを形成することができる。活性コンタクトACのリセス部RSPの上面はゲート電極GEの上面より低くすることができる。前記蝕刻工程の間に、下部絶縁膜LILの上部もリセスすることができる。 Using the mask pattern MAP as the etching mask, the remaining area excluding the mask pattern MAP can be etched to form a recessed hole RSH. During the etching process for forming the recessed hole RSH, the upper part of the gate capping pattern GP can be recessed. During the etching process, the remaining area of the active contact AC not covered by the mask pattern MAP can be recessed to form a recessed portion RSP. The upper surface of the recessed portion RSP of the active contact AC can be lower than the upper surface of the gate electrode GE. During the etching process, the upper part of the lower insulating film LIL can also be recessed.
図4及び図12A乃至図12Dを参照すれば、リセスホールRSHを満たす上部絶縁膜UILを形成することができる。上部絶縁膜UILは下部絶縁膜LILと同一であるか、或いは他の絶縁材料を含むことができる。上部絶縁膜UILは活性コンタクトACのリセス部RSPの上面を覆うことができる。上部絶縁膜UILと下部絶縁膜LILは第1層間絶縁膜110を構成することができる。 Referring to Figures 4 and 12A to 12D, an upper insulating film UIL can be formed to fill the recess hole RSH. The upper insulating film UIL may be identical to the lower insulating film LIL, or it may contain other insulating materials. The upper insulating film UIL can cover the upper surface of the recess portion RSP of the active contact AC. The upper insulating film UIL and the lower insulating film LIL can constitute the first interlayer insulating film 110.
第1層間絶縁膜110上に犠牲絶縁膜SALを形成することができる。犠牲絶縁膜SAL及びゲートキャッピングパターンGPを貫通して、ゲート電極GEに電気的に連結されるゲートコンタクトGCを形成することができる。 A sacrificial insulating film (SAL) can be formed on the first interlayer insulating film (110). A gate contact (GC) can be formed, electrically connected to the gate electrode (GE), penetrating the sacrificial insulating film (SAL) and the gate capping pattern (GP).
具体的に、第2フォトリソグラフィー工程を通じて犠牲絶縁膜SALを貫通する第2コンタクトホールを形成することができる。第2コンタクトホールはゲートコンタクトGCを定義することができる。第2コンタクトホールはゲート電極GEの上面を露出することができる。第2コンタクトホール内にバリアーパターンBM及び導電パターンFMを順次的に形成することによって、ゲートコンタクトGCを形成することができる。ゲートコンタクトGCの上面は、犠牲絶縁膜SALの上面と共面をなすことができる。 Specifically, a second contact hole can be formed through a second photolithography process, penetrating the sacrificial insulating film (SAL). This second contact hole can define a gate contact (GC). The second contact hole can expose the upper surface of the gate electrode (GE). The gate contact (GC) can be formed by sequentially forming a barrier pattern (BM) and a conductive pattern (FM) within the second contact hole. The upper surface of the gate contact (GC) can be coplane with the upper surface of the sacrificial insulating film (SAL).
ゲートコンタクトGCの中で第1ゲートコンタクトGC1は第2活性コンタクトAC2と一部重畳されるように形成することができる。したがって、第1ゲートコンタクトGC1が第2活性コンタクトAC2の上部を貫通しながら、第3ゲート電極GE3の上面に接続することができる。第1ゲートコンタクトGC1は第2活性コンタクトAC2と直接接触しながら、第1共有コンタクトSHC1を形成することができる。 Within the gate contact GC, the first gate contact GC1 can be formed so as to partially overlap with the second active contact AC2. Therefore, the first gate contact GC1 can connect to the upper surface of the third gate electrode GE3 while penetrating the upper part of the second active contact AC2. The first gate contact GC1 can form the first shared contact SHC1 while directly contacting the second active contact AC2.
図4及び図5A乃至図5Eを再び参照すれば、活性コンタクトACの上面が露出される時までゲートコンタクトGC及び犠牲絶縁膜SAL上に平坦化工程が遂行されることができる。したがって、犠牲絶縁膜SALは全て除去することができる。ゲートコンタクトGCの上面は活性コンタクトACの上面と共面をなすことができる。 Referring again to Figures 4 and 5A to 5E, the planarization process can be performed on the gate contact GC and the sacrificial insulating film SAL until the upper surface of the active contact AC is exposed. Therefore, the sacrificial insulating film SAL can be completely removed. The upper surface of the gate contact GC can be coplane with the upper surface of the active contact AC.
第1層間絶縁膜110上に第2乃至第4層間絶縁膜120、130、140を順次的に形成することができる。BEOL(Back end of line)工程を通じて、第2層間絶縁膜120内に第1配線層M1を形成することができ、第3層間絶縁膜130内に第2配線層M2を形成することができ、第4層間絶縁膜140内に第3配線層M3を形成することができる。 Second to fourth interlayer insulating films 120, 130, and 140 can be sequentially formed on the first interlayer insulating film 110. Through a BEOL (Backend of Line) process, the first wiring layer M1 can be formed within the second interlayer insulating film 120, the second wiring layer M2 within the third interlayer insulating film 130, and the third wiring layer M3 within the fourth interlayer insulating film 140.
本発明の半導体メモリ素子の製造方法によれば、活性コンタクトACを形成した後、ゲートコンタクトGCをその一部が活性コンタクトACに重畳されるように形成することができる。したがって、ゲートコンタクトGCに活性コンタクトAC内に埋め込まれる突出部PRP(図6参照)を形成することができる。結果的に、共有コンタクトSHC、即ち第1ノードN1の電気的抵抗が減少し、SRAMセルの動作速度及び電気的特性を向上させることができる。 According to the semiconductor memory element manufacturing method of the present invention, after forming the active contact AC, the gate contact GC can be formed such that a portion of it is superimposed on the active contact AC. Therefore, a protruding portion PRP (see Figure 6) embedded within the active contact AC can be formed on the gate contact GC. As a result, the electrical resistance of the shared contact SHC, i.e., the first node N1, is reduced, improving the operating speed and electrical characteristics of the SRAM cell.
図13は本発明の他の実施形態に係る半導体メモリ素子を説明するための図面であって、図5BのM領域を拡大した断面図である。本実施形態では、先に図4及び図7を参照して説明したことと重複する技術的特徴に対する詳細な説明は省略し、相違点に対して詳細に説明する。 Figure 13 is a diagram illustrating a semiconductor memory element according to another embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of region M in Figure 5B. In this embodiment, detailed explanations of technical features that overlap with those previously described with reference to Figures 4 and 7 are omitted, and the differences are explained in detail.
図13を参照すれば、第1ゲートコンタクトGC1の突出部PRPの上面TS_Pは、本体部BDPの上面TS_Bより低くすることができる。突出部PRPの導電パターンFMは、バリアーパターンBMによって囲むことがきる。突出部PRPの導電パターンFMの上面は、バリアーパターンBMによって被覆され得る。突出部PRPの上面TS_Pが本体部BDPの上面TS_Bより低く形成されることによって、第1ゲートコンタクトGC1の突出部PRPと第3活性コンタクトAC3との間の接触面積をさらに増加することができる。結果的に、本実施形態に係る第1共有コンタクトSHC1の電気的抵抗が減少し、SRAMセルの動作速度及び電気的特性を向上させることができる。 Referring to Figure 13, the upper surface TS_P of the protruding portion PRP of the first gate contact GC1 can be lower than the upper surface TS_B of the main body portion BDP. The conductive pattern FM of the protruding portion PRP can be surrounded by a barrier pattern BM. The upper surface of the conductive pattern FM of the protruding portion PRP can be covered by the barrier pattern BM. By forming the upper surface TS_P of the protruding portion PRP lower than the upper surface TS_B of the main body portion BDP, the contact area between the protruding portion PRP of the first gate contact GC1 and the third active contact AC3 can be further increased. As a result, the electrical resistance of the first shared contact SHC1 in this embodiment can be reduced, improving the operating speed and electrical characteristics of the SRAM cell.
図14A、図14B、及び図14Cは本発明の実施形態に係る半導体メモリ素子を説明するための図面であって、各々図4のA-A’線、B-B’線、及びD-D’線に沿う断面図である。本実施形態では、先に図4及び図5A乃至図5Eを参照して説明したことと重複する技術的特徴に対する詳細な説明は省略し、相違点に対して詳細に説明する。 Figures 14A, 14B, and 14C are diagrams illustrating a semiconductor memory element according to an embodiment of the present invention, and are cross-sectional views along lines A-A', B-B', and D-D' in Figure 4, respectively. In this embodiment, detailed explanations of technical features that overlap with those previously described with reference to Figures 4 and 5A to 5E are omitted, and differences are explained in detail.
図4、図14A、図14B、及び図14Cを参照すれば、基板100上に第1及び第2活性パターンAP1、AP2を提供することができる。第1活性パターンAP1は、垂直方向に積層された第1チャンネルパターンCH1を含むことができる。積層された第1チャンネルパターンCH1は、第3方向D3に互いに離隔されることができる。積層された第1チャンネルパターンCH1は、互いに垂直方向に重畳することができる。第2活性パターンAP2は、垂直方向に積層された第2チャンネルパターンCH2を含むことができる。積層された第2チャンネルパターンCH2は、第3方向D3に互いに離隔することができる。積層された第2チャンネルパターンCH2は、互いに垂直方向に重畳することができる。第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2はシリコン(Si)、ゲルマニウムGE、及びシリコン-ゲルマニウム(SiGe)の中で少なくとも1つを含むことができる。 Referring to Figures 4, 14A, 14B, and 14C, first and second active patterns AP1 and AP2 can be provided on the substrate 100. The first active pattern AP1 may include a first channel pattern CH1 stacked vertically. The stacked first channel patterns CH1 can be separated from each other in a third direction D3. The stacked first channel patterns CH1 can be superimposed perpendicularly to each other. The second active pattern AP2 may include a second channel pattern CH2 stacked vertically. The stacked second channel patterns CH2 can be separated from each other in a third direction D3. The stacked second channel patterns CH2 can be superimposed perpendicularly to each other. The first and second channel patterns CH1 and CH2 may include at least one of silicon (Si), germanium GE, and silicon-germanium (SiGe).
第1活性パターンAP1は第1ソース/ドレーンパターンSD1をさらに含むことができる。互いに隣接する一対の第1ソース/ドレーンパターンSD1の間に、積層された第1チャンネルパターンCH1を介在させることができる。積層された第1チャンネルパターンCH1は、互いに隣接する一対の第1ソース/ドレーンパターンSD1を連結することができる。 The first active pattern AP1 may further include a first source/drain pattern SD1. A stacked first channel pattern CH1 can be interposed between a pair of adjacent first source/drain patterns SD1. The stacked first channel pattern CH1 can connect a pair of adjacent first source/drain patterns SD1.
第2活性パターンAP2は第2ソース/ドレーンパターンSD2をさらに含むことができる。互いに隣接する一対の第2ソース/ドレーンパターンSD2の間に、積層された第2チャンネルパターンCH2を介在させることができる。積層された第2チャンネルパターンCH2は、互いに隣接する一対の第2ソース/ドレーンパターンSD2を連結することができる。 The second active pattern AP2 may further include a second source/drain pattern SD2. A stacked second channel pattern CH2 can be interposed between a pair of adjacent second source/drain patterns SD2. The stacked second channel pattern CH2 can connect a pair of adjacent second source/drain patterns SD2.
第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2を横切り、第1の方向D1に延長されるゲート電極GEを提供することができる。各々のゲート電極GEは、第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2と垂直方向に重畳することができる。 A gate electrode GE can be provided that crosses the first and second channel patterns CH1 and CH2 and extends in the first direction D1. Each gate electrode GE can be superimposed perpendicularly to the first and second channel patterns CH1 and CH2.
ゲート電極GEは、各々の第1チャンネルパターンCH1を囲むことができる。具体的にゲート電極GEは、第1チャンネルパターンCH1の各々の第1上面TS1、第1側壁SW1及び第1底面BS1上に提供することができる(図14C参照)。ゲート電極GEは、各々の第2チャンネルパターンCH2を囲むことができる。具体的にゲート電極GEは、第2チャンネルパターンCH2の各々の第2上面TS2、第2側壁SW2、及び第2底面BS2上に提供することができる(図14C参照)。本実施形態に係るトランジスタは、ゲート電極GEがチャンネルCH1、CH2を3次元的に囲む3次元電界効果トランジスタ(例えば、MBCFET又はGAAFET)であり得る。 The gate electrode GE can surround each first channel pattern CH1. Specifically, the gate electrode GE can be provided on each first upper surface TS1, first side wall SW1, and first bottom surface BS1 of the first channel pattern CH1 (see Figure 14C). The gate electrode GE can surround each second channel pattern CH2. Specifically, the gate electrode GE can be provided on each second upper surface TS2, second side wall SW2, and second bottom surface BS2 of the second channel pattern CH2 (see Figure 14C). The transistor according to this embodiment may be a three-dimensional field-effect transistor (e.g., MBCFET or GAAFET) in which the gate electrode GE three-dimensionally surrounds channels CH1 and CH2.
各々の第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2とゲート電極GEとの間にゲート絶縁膜GIを提供することができる。ゲート絶縁膜GIは各々の第1及び第2チャンネルパターンCH1、CH2を囲むことができる。 A gate insulating film GI can be provided between the respective first and second channel patterns CH1 and CH2 and the gate electrode GE. The gate insulating film GI can surround the respective first and second channel patterns CH1 and CH2.
第2活性パターンAP2上で、ゲート絶縁膜GIと第2ソース/ドレーンパターンSD2との間に絶縁パターンIPが介在することができる。ゲート電極GEは、ゲート絶縁膜GIと絶縁パターンIPによって第2ソース/ドレーンパターンSD2から離隔することができる。反面、第1活性パターンAP1上で、絶縁パターンIPは省略されることができる。 On the second active pattern AP2, an insulating pattern IP can be interposed between the gate insulating film GI and the second source/drain pattern SD2. The gate electrode GE can be separated from the second source/drain pattern SD2 by the gate insulating film GI and the insulating pattern IP. Conversely, on the first active pattern AP1, the insulating pattern IP can be omitted.
以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態態を説明したが、本発明はその技術的思想や必須の特徴を変形しなくとも他の具体的な形態に実施されることもできる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないことと理解しなければならない。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings. However, the present invention can be implemented in other specific forms without altering its technical concept or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood to be illustrative and not limiting in all respects.
100 基板
110、120、130、140 層間絶縁膜
AC 活性コンタクト
CE1 第1ビットセル
CE2 第2ビットセル
GC ゲートコンタクト
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GS ゲートスペーサー
ST 素子分離膜
100 Substrate 110, 120, 130, 140 Interlayer insulating film AC Active contact CE1 First bit cell CE2 Second bit cell GC Gate contact GE Gate electrode GI Gate insulating film GS Gate spacer ST Element isolation film
Claims (20)
前記活性パターン上に提供されて第1方向に延長されるゲート電極であって、前記ゲート電極と前記ソース/ドレーンパターンは、前記第1方向と交差する第2方向に互いに隣接する、ゲート電極と、
前記ソース/ドレーンパターン及び前記ゲート電極に接続してこれらを互いに電気的に連結する共有コンタクトと、を含み、
前記共有コンタクトは、前記ソース/ドレーンパターンに電気的に連結される活性コンタクト及び前記ゲート電極に電気的に連結されるゲートコンタクトを含み、
前記ゲートコンタクトは、前記ゲート電極に接続する本体部、及び前記本体部から前記第2方向に突出した突出部を含み、
前記突出部は、前記活性コンタクトの内部に延長されて前記活性コンタクト内に埋め込まれ、
前記ゲート電極に接続する前記本体部は凸形状であり、前記活性コンタクト内に埋め込まれる前記突出部の側面は湾曲形状である、半導体メモリ素子。 An active pattern on a substrate, wherein the active pattern includes a source/drain pattern on its upper surface,
A gate electrode provided on the activation pattern and extending in a first direction, wherein the gate electrode and the source/drain pattern are adjacent to each other in a second direction intersecting the first direction,
Includes a shared contact connected to the source/drain pattern and the gate electrode, which electrically connects them to each other.
The shared contact includes an active contact electrically connected to the source/drain pattern and a gate contact electrically connected to the gate electrode.
The gate contact includes a main body connected to the gate electrode, and a projection extending from the main body in the second direction.
The protruding portion extends into the active contact and is embedded within the active contact.
A semiconductor memory element wherein the main body connected to the gate electrode is convex in shape, and the side surface of the protrusion embedded in the active contact is curved .
前記本体部は、前記活性コンタクトから水平方向にオフセットされる、請求項1に記載の半導体メモリ素子。 The aforementioned protrusion is superimposed on the active contact,
The semiconductor memory element according to claim 1, wherein the main body is offset horizontally from the active contact.
前記バリアーパターンは、前記導電パターンの表面を覆い、
前記突出部の前記バリアーパターンは、前記突出部の前記導電パターンと前記活性コンタクトの前記導電パターンとの間に介在される、請求項1又は2に記載の半導体メモリ素子。 Each of the active contact and the gate contact includes a barrier pattern and a conductive pattern.
The barrier pattern covers the surface of the conductive pattern.
The semiconductor memory element according to claim 1 or 2, wherein the barrier pattern of the protrusion is interposed between the conductive pattern of the protrusion and the conductive pattern of the active contact.
前記連結部は、前記突出部と接触し、
前記リセス部の上面は、前記連結部の上面より低い、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体メモリ素子。 The active contact includes a connecting portion and a recessed portion excluding the connecting portion.
The connecting portion contacts the protruding portion,
The semiconductor memory element according to any one of claims 1 to 7, wherein the upper surface of the recess is lower than the upper surface of the connecting portion.
前記連結部の上面は、前記上部絶縁膜の上面と共面をなす、請求項8に記載の半導体メモリ素子。 The upper insulating film on the recess portion further includes,
The semiconductor memory element according to claim 8, wherein the upper surface of the connecting portion is coplane with the upper surface of the upper insulating film.
前記SRAMセルは、
第1プルアップ/ダウントランジスタ及び第2プルアップ/ダウントランジスタと、
前記第1プルアップ/ダウントランジスタの第1共通ソース/ドレーンと前記第2プルアップ/ダウントランジスタの第1共通ゲートを連結する第1ノードと、を含み、
前記第1ノードは、前記第1共通ソース/ドレーン及び前記第1共通ゲートに接続してこれらを互いに電気的に連結する第1共有コンタクトを含み、
前記第1共有コンタクトは、前記第1共通ソース/ドレーンに電気的に連結される活性コンタクト及び前記第1共通ゲートに電気的に連結されるゲートコンタクトを含み、
前記ゲートコンタクトは、前記第1共通ゲートに接続する本体部、及び前記本体部から前記活性コンタクトに向けて突出した突出部を含み、
前記本体部の上面は、前記活性コンタクトの上面と共面をなし、
前記突出部は、前記活性コンタクトと重畳され、
前記本体部は、前記活性コンタクトから水平方向にオフセットされ、
前記第1共通ゲートに接続する前記本体部は凸形状であり、前記活性コンタクトと重畳される前記突出部の側面は湾曲形状である、半導体メモリ素子。 Including SRAM cells on the circuit board,
The aforementioned SRAM cell is
A first pull-up/down transistor and a second pull-up/down transistor,
It includes a first node connecting the first common source/drain of the first pull-up/down transistor and the first common gate of the second pull-up/down transistor,
The first node includes a first shared contact that connects to the first common source/drain and the first common gate, electrically linking them together.
The first shared contact includes an active contact electrically connected to the first common source/drain and a gate contact electrically connected to the first common gate.
The gate contact includes a main body portion connected to the first common gate, and a protruding portion extending from the main body portion toward the active contact.
The upper surface of the main body is in the same plane as the upper surface of the active contact.
The aforementioned protrusion is superimposed on the active contact,
The main body is offset horizontally from the active contact ,
A semiconductor memory element wherein the main body connected to the first common gate is convex in shape, and the side surface of the protrusion superimposed on the active contact is curved .
前記連結部は、前記突出部と接触し、
前記リセス部の上面は、前記連結部の上面より低い、請求項11乃至13のいずれか一項に記載の半導体メモリ素子。 The active contact includes recessed portions excluding connecting portions and linking portions.
The connecting portion contacts the protruding portion,
The semiconductor memory element according to any one of claims 11 to 13, wherein the upper surface of the recess is lower than the upper surface of the connecting portion.
前記第2ノードは、前記第2共通ソース/ドレーン及び前記第2共通ゲートに接続してこれらを互いに電気的に連結する第2共有コンタクトを含む、請求項11乃至14のいずれか一項に記載の半導体メモリ素子。 The SRAM cell further includes a second node connecting the second common source/drain of the second pull-up/down transistor and the second common gate of the first pull-up/down transistor,
The semiconductor memory element according to any one of claims 11 to 14, wherein the second node includes a second shared contact connected to the second common source/drain and the second common gate, electrically linking them together.
前記ビットセル領域上の第1活性パターン及び第2活性パターンであって、前記第1活性パターンは、前記第2活性パターンから第1方向に離隔され、前記第1活性パターンは、その上部に第1ソース/ドレーンパターンを含み、前記第2活性パターンは、その上部に第2ソース/ドレーンパターンを含む、第1活性パターン及び第2活性パターンと、
前記基板上に提供されて前記第1及び第2活性パターンの各々の下部の側壁を覆う素子分離膜であって、前記第1及び第2活性パターンの各々の上部は、前記素子分離膜の上面よりも上に突出される、素子分離膜と、
前記第1活性パターン上に提供されて前記第1方向に延長されるゲート電極であって、前記ゲート電極と前記第1ソース/ドレーンパターンは、第2方向に互いに隣接する、ゲート電極と、
前記ゲート電極と前記第1活性パターンとの間のゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極の少なくとも1つの側壁上のゲートスペーサーと、
前記ゲート電極上のゲートキャッピングパターンと、
前記ゲートキャッピングパターン上の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記第1及び第2ソース/ドレーンパターンに接続する活性コンタクトであって、前記活性コンタクトは、前記第1方向に延長されながら、前記第1及び第2ソース/ドレーンパターンは、互いに連結する、活性コンタクトと、
各々の前記第1及び第2ソース/ドレーンパターンと前記活性コンタクトとの間のシリサイドパターンと、
前記ゲートキャッピングパターンを貫通して前記ゲート電極に接続するゲートコンタクトと、
前記層間絶縁膜上に順次的に積層された第1配線層、第2配線層、及び第3配線層と、を含み、
前記ゲートコンタクトは、前記ゲート電極に接続する本体部、及び前記本体部から前記第2方向に突出した突出部を含み、
前記突出部は、前記活性コンタクトの内部に延長されて前記活性コンタクト内に埋め込まれ、
前記ゲート電極に接続する前記本体部は凸形状であり、前記活性コンタクト内に埋め込まれる前記突出部の側面は湾曲形状である、
半導体メモリ素子。 A substrate including a bit cell region,
A first activation pattern and a second activation pattern on the bit cell region, wherein the first activation pattern is separated from the second activation pattern in a first direction, the first activation pattern includes a first source/drain pattern on its upper part, and the second activation pattern includes a second source/drain pattern on its upper part,
An element isolation film provided on the substrate and covering the lower sidewalls of each of the first and second active patterns, wherein the upper parts of each of the first and second active patterns protrude above the upper surface of the element isolation film,
A gate electrode provided on the first active pattern and extending in a first direction, wherein the gate electrode and the first source/drain pattern are adjacent to each other in a second direction,
The gate insulating film between the gate electrode and the first active pattern,
A gate spacer on at least one side wall of the gate electrode,
The gate capping pattern on the gate electrode,
The interlayer insulating film on the gate capping pattern,
An active contact that penetrates the interlayer insulating film and connects to the first and second source/drain patterns, wherein the active contact extends in the first direction, and the first and second source/drain patterns are connected to each other,
The silicide pattern between each of the first and second source/drain patterns and the active contact,
A gate contact that penetrates the gate capping pattern and connects to the gate electrode,
It includes a first wiring layer, a second wiring layer, and a third wiring layer sequentially laminated on the interlayer insulating film,
The gate contact includes a main body connected to the gate electrode, and a projection extending from the main body in the second direction.
The protruding portion extends into the active contact and is embedded within the active contact.
The main body portion connected to the gate electrode has a convex shape, and the side surface of the protruding portion embedded in the active contact has a curved shape.
Semiconductor memory element.
前記第3配線層は、ワードラインを含む、請求項16に記載の半導体メモリ素子。 The first wiring layer includes a bit line,
The semiconductor memory element according to claim 16, wherein the third wiring layer includes a word line.
前記第2ソース/ドレーンパターンは、n型の導電型を有する、請求項16又は17に記載の半導体メモリ素子。 The first source/drain pattern has a p-type conductivity,
The semiconductor memory element according to claim 16 or 17, wherein the second source/drain pattern has an n-type conductivity.
前記本体部は、前記活性コンタクトから水平方向にオフセットされる、請求項16乃至18のいずれか一項に記載の半導体メモリ素子。 The aforementioned protrusion is superimposed on the active contact,
The semiconductor memory element according to any one of claims 16 to 18, wherein the main body is offset horizontally from the active contact.
前記共有コンタクトは、前記第1及び第2ソース/ドレーンパターンと前記ゲート電極を互いに電気的に連結する、請求項16乃至19のいずれか一項に記載の半導体メモリ素子。 The gate contact and the active contact are connected to each other to form a single shared contact.
The semiconductor memory element according to any one of claims 16 to 19, wherein the shared contact electrically connects the first and second source/drain patterns and the gate electrode to each other.
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